高级氧化法是其通过反应产生氧化性极强的羟基自由基，将有机物分解转化为CO2、H2O等无害的小分子化合物。常用的高级氧化法有超临界水氧化法、光催化氧化法和湿式催化氧化法等。
(1)超临界水氧化法特点是快速、高效，近年来得到了迅速发展。王亮等在间歇式超临界水氧化反应装置上进行含油废水的处理实验研究，反应温度390～430℃、压力24～28MPa、反应时间30～90s。实验结果显示：随反应时间增加、温度升高,废水COD去除率显著增大，COD浓度由1280.8mg/L降低到150mg/L，符合石油开采工业对含油废水处理的要求。
(2)光催化氧化降解法是处理含油废水的另一项氧化技术，半导体催化氧化法具有很强的氧化功能。张海燕等制备了纳米级TiO2半导体光催化剂，利用光催化氧化法来处理人工配制的模拟含油污水和大庆油田含油污水，处理效果明显，并且当加入微量Fe3+或H2O2时，可大大加快油的降解速率，污水中油的去除率达到99%。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
(3)湿式催化氧化法是指在高温(150～280℃)、高压(1～8MPa)下，在液相中用氧气或空气作为氧化剂，在催化剂作用下氧化水中溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物的一种处理方法。其特点是净化效率高，流程简单，占地面积少。目前此方法经常与其他处理方法相结合，用于处理难生物降解的污水。张中杰应用混凝-Fenton试剂法处理油田采油废水，在混凝处理和Fenton试剂氧化处理的最优操作条件下，水中的含油浓度从104.3mg/L下降为1.4mg/L，COD浓度从548.7mg/L下降为3.8mg/L，SS浓度从102.5mg/L下降为2.0mg/L，达到了油田回注水质标准。