在过滤深度处理工艺中最常用的是膜分离法。该工艺利用隔膜使溶剂(通常是水)同溶质或微粒分离。根据通过膜的物质不同，又可以将其分为渗析和渗透，若通过膜的是溶质则称为渗析，若通过的是溶剂则称为渗透。而根据溶质或溶剂透过膜的推动力不同，又可以分为电渗析或电渗透，扩散渗析或自然渗透以及应用最多的反渗透、超滤和微孔过滤。
采用混凝-砂滤-微滤-反渗透集成技术对抗生素制药废水进行深度处理。该工艺对废水中的悬浮物、浊度、氨氮和COD都有良好的去除效果，能有效降低废水的SDI15值，最终的反渗透出水中绝大部分无机盐、色度和COD被去除，可以被企业回用为冷却补充水。采用陶粒过-陶瓷膜组合工艺对经生物接触氧化一体化废水处理装置处理后未能达标的止咳糖浆制药废水进行深度处理实验。废水经该装置处理后BOD、COD、SS和氨氮指标均能稳定达标。对东北制药总厂经处理后的二级出水采用混凝-超滤-反渗透膜工艺进行中试处理研究。实验结果表明超滤和反渗透工艺对水中的浊度和COD有较好去除率，脱盐率在97.6%以上。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档术文档。
吸附法也是深度处理中较常用的工艺。活性炭是目前研究和应用较多的一种吸附介质，因为活性炭是一种多孔性物质，表面布满微细的小孔，在所有的吸附剂中的吸附能力最强。根据活性炭上微孔的大小，可分为微孔(孔半径≤2nm)、巨孔(孔半径100~1000nm)和过渡孔(孔半径为2~100nm)。常用的活性炭主要包括粉末活性炭(PAC)、颗粒活性炭(GAC)和生物活性炭(BAC)三大。活性炭吸附以物理吸附为主，对水质、水量和水温的变化有很强的适应性，对水中相对分子量在500~3000的有机物如消毒副产物、农药、放射性有机物以及重金属等具有明显的去除效果。此外，还可以有效去除污水中的臭味、色度等，具有广阔的应用前景。