运用纳米技术进行水处理，是近几十年出现的高新技术。以纳米技术处理原水，可以获得深度净化的纯净水；以纳米技术处理污水，可使之成为符合标准的能够回收利用的中水。因此，纳米技术成为水处理领域深受人们青睐的一支生力军。目前，运用于水处理的纳米技术主要有三种：

一是使用纳米材料吸附水中的有害物质。这方面有代表性的是碳纳米管。碳纳米管自从1991年被首次发现以来，一直是国内外研究的热点。在水处理中，用作吸附材料的碳纳米管均以粉末状投入水中，由于其巨大的表面效应，能够强力吸附水中的污染物，能够实现对污染物的高效去除。这种方法主要适用于对低浓度污染的清除。

二是使用纳滤膜对水进行过滤。纳滤膜技术是进行大规模污水处理的一种重要手段。

上世纪八十年代初期，美国科学家发明了一种薄层复合膜，由于这种膜在渗透过程中截留率大于95%的分子约为1纳米，因而它被命名为“纳滤膜”。它在饮用水软化、有机物脱除、受污染地下水处理、含金属废水处理和造纸废水处理中都能够发挥巨大作用。使用纳滤膜需要的能源相对较少。上世纪90年代以来，有了商品纳滤膜的生产，其应用日益广泛。

三是纳米光催化技术。这是近年来环保领域中研究最多、最具发展前景的高新技术之一。

光催化技术以纳米二氧化钛（TiO2）作为光催化剂，在光照下，使水中的有机物发生氧化还原反应，逐步降解，最终完全氧化为环境友好的CO2、H2O和无毒的无机物，从而改善水质或使污水达到排放标准。美国德克萨斯大学曾将纳米TiO2涂于漂浮玻璃球表面，用于阳光照射消除海面石油污染的实验，效果良好。

与传统技术相比，光催化技术具有三个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水中的有机污染物完全分解掉，而传统的高温焚烧技术则需要在极高温度下才可将污染物摧毁。第二，光催化技术可将污染物完全氧化成无毒的二氧化碳和水等无害产物，而目前广泛采用的活性炭吸附法只是将污染物转移，而吸附剂的饱和通常不可避免地带来净化效率显著下降、吸附剂需后处理、二次污染等问题。第三，光催化可利用太阳光作为光源来活化光催化剂，驱动氧化—还原反应，达到净化目的。从能源角度，这一特征使得光催化技术更具魅力。

研究表明，纳米TiO2能处理多种有毒化合物，迄今为止，已经发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过纳米TiO2迅速降解，特别是当水中有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时，这种技术有着明显的优势。