כימיקלים לטיפול במים הם מגוונים וניתן לסווג אותם באופן רחב על סמך המאפיינים התפקודיים שלהם. ראשית, ישנם פלקולנטים וחומרי קרישה. כימיקלים אלו גורמים להצטברות של חלקיקים מרחפים זעירים וחומרים קולואידים במים, ויוצרים קבוצות גדולות יותר, ובכך מאיצים שיקוע או ציפה ומשיגים הפרדת נוזלים מוצקים. חומרים נפוצים כוללים פוליאלומיניום כלוריד, אלומיניום גופרתי וסולפט פוליפרי, הנמצאים בשימוש נרחב בטיפול במים ומסירים ביעילות מוצקים מרחפים, חומרים אורגניים וכמה יוני מתכות כבדות. לדוגמה, בטיפול בשפכים ביתיים, בדרך כלל מוסיפים פוליאלומיניום כלוריד במינון של 10-50 מ"ג/ליטר, מה שיכול להפחית משמעותית את עכירות הביוב ולשפר משמעותית את איכות השפכים. שנית, ישנם חומרי חיטוי, המשמשים להרוג חיידקים, וירוסים ומיקרואורגניזמים אחרים במים, המבטיחים בטיחות במים. חומרי החיטוי הנפוצים כוללים כלור, כלור דו חמצני, אוזון ונתרן היפוכלוריט.
כלור הוא חומר חיטוי מסורתי עם מחיר נמוך יחסית, אך הוא מייצר כמה תוצרי לוואי לחיטוי במהלך השימוש, מה שמציב סיכונים פוטנציאליים מסוימים לבריאות האדם. לכלור דו חמצני יש תכונות חמצון חזקות, אפקט חיטוי מעולה ואינו מייצר פחמימנים הלוגנים מסרטנים, מה שמוביל לשימוש נרחב יותר ויותר בשנים האחרונות. חיטוי אוזון מציע יתרונות כמו יעילות גבוהה, מהירות וללא שאריות, אך ההשקעה בציוד ועלויות התפעול שלו גבוהות יותר. הבאים הם מעכבי אבנית ומעכבי קורוזיה. בטיפול במים במחזור תעשייתי, יוני סידן ומגנזיום במים יוצרים בקלות אבנית, הנדבקת למשטחי הציוד, ומשפיעה על יעילות העברת החום ועל חיי השירות, וגם מאכלת ציוד מתכת. מעכבי אבנית מונעים היווצרות אבנית, בעוד שמעכבי קורוזיה מאטים את קצב הקורוזיה של ציוד מתכת. מעכבי אבנית נפוצים כוללים זרחנים אורגניים וחומצות פוליקרבוקסיליות, בעוד שמעכבי קורוזיה כוללים כרומטים ומלחי אבץ (אם כי בהדרגה נעשה שימוש פחות בכרומטים בשל הרעילות הגבוהה שלהם).
בנוסף, ישנם מתכווני pH לוויסות החומציות או הבסיסיות של המים לטווח טיפול מתאים; וחומרי צמצום להסרת חומרים מחמצנים מהמים. בעת בחירת כימיקלים לטיפול במים, יש צורך לשקול באופן מקיף גורמים כגון מאפייני איכות המים, דרישות תהליך הטיפול, עלות ודרישות הגנת הסביבה. לדוגמה, עבור מים עם קשיות גבוהה, יש לבחור מעכבי אבנית יעילים ביותר; עבור מי שתייה עם דרישות מחמירות על מדדים מיקרוביולוגיים, יש לבחור בחומרי חיטוי בטוחים ואמינים. בינתיים, עם דרישות הגנת הסביבה המחמירות יותר ויותר, כימיקלים ירוקים, ידידותיים לסביבה ויעילים לטיפול במים יהפכו למגמת הפיתוח העתידית.
