目前，国内外对油田采出水的处理方法主要有物理法、化学法(物理化学法)和生化法。物理法主要包括重力分离、离心分离、过滤、粗粒化和蒸发等方法，重点是去除废水中的矿物质和大部分固体悬浮物、油类等;化学法包括混凝沉淀、化学转化和中和法，主要用于处理废水中部分胶体和溶解性物质，特别是含油废水中的乳化油;生物法可分为好氧生物法、厌氧生物法和厌氧-好氧生物法，主要是通过微生物的新陈代谢过程使采出水中的有机物或有毒物质被降解，转化为新的生物细胞及简单的无机物，从而使废水得以净化。目前国内外普遍采用A/O法、接触氧化、曝气生物滤池(BAF)、序批式活性污泥法(SBR)、上流式厌氧污泥床(UASB)等生物法处理油田污水。在实际应用中通常是两三种方法联合使用，以增强其处理效果。处理手段大体是以物理方法分离，以化学法去除，以生物法降解。以胜利油田污水处理为例，油田各污水处理站、低渗透区块注水站的污水处理主要应用物理法，常用的处理工艺为“上游三段法(缓冲+沉积分离除油+过滤)+下游二段法(缓冲+精细过滤)”;油田各污水处理站主要应用化学法，通过添加一定浓度的化学药剂辅助物理法达到提高水处理效果的目的;注汽锅炉给水的处理、污水达标排放处理等则需引入生物法。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
以上三种方法主要目的是去除采出水中的悬浮物、油类、有机物等，由于油田采出水中存在一定量的细菌，如SRB、铁细菌、腐生菌等，能引起采出水设备管道的腐蚀，菌体及其代谢产物又可污染水质、堵塞油层，因此，在回注之前，还必须进行杀菌处理。一般可采用高级氧化法。如臭氧、二氧化氯高级氧化技术能有效的杀灭SRB，且同时氧化降解水中的有机物，切断细菌的营养源;或采用电解盐水杀菌技术利用次氯酸钠发生装置电解饱和盐水产生次氯酸钠溶液，从而达到杀菌的目的，该技术杀菌效果较好，处理后水中的SRB为0.6~60个/mL。随着油田的开发，采出水水质也与油田开发初期发生了很大变化，在地面工艺中不可避免地增大流动改性剂、破乳剂、缓蚀剂、防垢剂、降黏剂等化学药剂的投放量，致使采出水成分相当复杂，处理成本增加，且易造成二次污染，增加了污水和污泥处理的难度。常规的处理方法已经难以满足要求，低渗透油田注水水质难以达标。根据2002年大庆油田186座水处理站的水质大调查结果，水质“含油量、悬浮物含量、粒径中值”三项指标的平均合格率仅为45.8%。