Tiene como misión la separación por métodos físicos de los sólidos en suspensión que aún puedan quedar, así como de las posibles grasas presentes.
La sedimentación consiste en separar una suspensión en dos fases: un fluido claro sobrenadante y un lodo con una concentración elevada de materias sólidas. Esta separación se consigue disminuyendo la velocidad de la corriente de agua residual, lo que se lleva a cabo en tanques de gran sección circular y poca profundidad, con sistemas de limpieza y de separación de lodos.
La separación de grasas tiene como objetivo principal retirar las grasas libres que flotan arrastradas por las corrientes de aguas residuales. Para ello se utilizan tanques rectangulares de múltiples canales de gran longitud y de poca profundidad y anchura, dotados de unas rasquetas superiores que separan las grasas sobrenadantes.
La floculación consiste en la aglutinación de las partículas suspendidas en un líquido para formar unos agregados conocidos como "flóculos". Cuando se favorece este fenómeno por adición de agentes químicos se habla de coagulación. Se utiliza para aglutinar partículas finas, causantes de la turbidez, formando otras más grandes, mucho más fácilmente separables por sedimentación o por filtración.
La flotación se utiliza para separar sólidos o líquidos inmiscibles y de baja densidad, que se encuentran en suspensión en las aguas residuales. Como agente de flotación se usa el aire, que se inyecta en el seno del líquido y forma en la superficie una capa de espuma fácilmente eliminable.
La filtración consiste en hacer pasar una corriente que contiene materiales en suspensión a través de un medio filtrante (arena) que permite el paso del fluido, pero no de las partículas sólidas, que quedan retenidas. Suele ser una opción complementaria de la coagulación y sedimentación.