物理化学法是通过物理或者化学反应的作用来达到去除废水中的污染物的目的，主要有以下方法：
臭氧法
臭氧氧化技术已问世多年，近年来，由于低成本的臭氧发生装置和臭氧处理装置的出现而重新成为研究热点。臭氧(O3)是一种强氧化剂，O3作为两性离子[+O-O-]参与反应(主要是亲电反应)，能选择性地分解发色基团。安郁琴将经过化学混凝处理后和经过化学混凝过滤吸附处理后的麦草浆黑液利用臭氧法处理，处理20分钟后脱色率可以达到82.1%，但CODcr去除率仅15.8%，BOD5去除率为24.8%，由此可见，臭氧脱色效果显著，但对CODcr和BOD5的去除效果不明显。与其它处理方法比较而言，臭氧法处理成本较高，单独利用臭氧法并不是经济有效的去除有机物的方法，因此也有人将臭氧技术与其它技术联合使用，如臭氧-紫外光催化技术、臭氧-生物活性炭技术等都取得了较好的效果。臭氧在水中的溶解度较低，如何更有效地使臭氧溶解于水中从而提高其利用率已经成为该技术研究的热点。使用臭氧法也会产生其它副产物，其中最受关注的是羰基化合物中的醛类，比如甲醛、乙醛，这些物质具有急性毒性和慢性毒性，并具有一定的致畸、致癌、致突性。
-光催化氧化
光催化氧化技术是近年来比较活跃的研究领域，光催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上发展起来的，以n型半导体(如TiO2、ZnO、CaS、WO3、SnO2等)为催化剂，其中以TiO2效果最好，当有能量大于禁带宽度的紫外光照射半导体时，半导体的价带电子就会吸收光能后被激发到导带上，产生活性电子和带电荷的空穴，从而形成氧化-还原体系，该技术能有效地破坏许多结构稳定的生物难降解污染物。造纸工业的漂白工段产生的二啞英，可利用光催化纳米级TiO2产生氧化能力很强的·OH自由基，引发一系列的链反应直接将二啞英降解为CO2、H2O和Cl-。张志军等利用中压汞灯作光源，研究了氯代二苯并-对-二啞英(CDDS、包括DCCD、PcDD和OCDD)在TiO2催化下的光解反应，在室温下，4h内DCCD、PCDD和OCDD分别降解了87.2%、84.6%和91.2%。M.CristinaYeber等将TiO2、ZnO固定在玻璃上，对漂白废水进行了光催化氯化处理，处理120min后，废水的色度可完全去除，总酚含量减少了85%，TOC减少了50%，处理后残留有机物的急性毒性和AOX比处理前大为减少，高分子化合物几乎全部降解。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
Tinucci等用光催化氧化法对含木素磺酸盐酸法制浆废水进行了处理，将废水稀释100倍后，经UV/TiO2光催化氧化15h后，浊度完全消失，COD由930mg/L降到360mg/L。崔玉民、朱亦仁、何东宝等采用WO3/а-Fe2O3/W为复相光催化剂进行深度处理造纸废水，当其用量为0.5g，pH=6.5，光照为22h时，造纸废水的COD和色度去除率分别达到68.3%和71.2%。大量研究表明，采用多相光催化氧化技术处理造纸废水，在COD降低的同时，可大大降低废水中的木素。目前的光催化技术中催化剂大都采用悬浮相体系，催化剂的回收很困难，所以很多人探索将催化剂牢固地负载于玻璃、硅片、和沙子等载体上以利于催化剂回收，但其光降解效率有所降低。光催化氧化过程中活性电子和带电荷的空穴极易复合，使光量子利用率较低，电耗和设备投资都较高，因此要将光催化技术用于工厂进行造纸废水处理还需要进行大量的研究实践工作。