污水的物理性质的主要指标是水温、色度、臭味、固体含量等。
水温对污水的物理、化学及生物性质有直接影响，是污水水质的重要物理指标之一。
由于城市下水道系统是铺设在地下的，因此城市污水的水温具有相对稳定的特征，一般在10～20℃，冬季较外部气温高，夏季较外部气温低。城市污水水温的突然变化很可能是工业废水的排放造成的，而水温的明显降低则可能是由于大量雨水的排入造成的。污水水温过低（低于5℃）或过高（高于40℃）都会影响污水生物处理的效果。
生活污水的正常颜色为灰褐色。但实际上污水的色度主要取决于城市下水管道的排水条件和排入的工业废水的影响。维护不好的管网系统由于污水在下水道中停留时间长，溶解氧降低，可能会发生厌氧反应，则水色会变暗或显黑褐色。工业废水各自有其特殊的颜色，如绿色、蓝色和橙色通常是由电镀工厂排放的废水造成的，而红色、蓝色则多由印染废水造成，白色则是由洗衣废水造成的。
色度由悬浮固体、胶体或溶解性物质形成。悬浮固体形成的色度称为表色，胶体或溶解性物质形成的色度为真色。
生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成；工业废水的臭味主要由挥发性化合物造成。
固体物质按存在形态分为悬浮态、胶体态和溶解态三种；按性质的不同分为有机物、无机物与生物体三种。固体含量用总固体量（TS）作为指标。
主要包括pH值、氮、磷、硫酸盐与硫化物、氯化物、非重金属无机有毒物质、重金属离子等。
pH值。城市污水呈中性，pH值一般为6.5～7.5。当pH值超出6~9～9的范围时，会对人、畜造成危害，并对污水的物理、化学及生物处理产生不利影响。尤其当pH值低于6时，会对管渠、污水处理构筑物及设备产生腐蚀作用。因此pH值是污水化学性质的重要指标。
pH值降低往往是城市酸雨造成的，这种情况在合流制系统尤其突出。pH值的突然大幅度变化不论是升高还是降低，通常是由于工业废水的大量排入造成的。
氮、磷。氮、磷是植物的重要营养物质，也是污水进行生物处理时微生物所必需的营养物质，主要来源于人类排泄物及某些工业废水。氮、磷是导致湖泊、水库、海湾等缓流水体富营养化的主要原因。
氮及其化合物。污水中含氮化合物有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮与硝酸盐氮。四种含氮化合物的总量称为总氮（TN）。
有机氮很不稳定，容易在微生物的作用下分解成其他三种。在无氧的条件下，分解为氨氮；在有氧的条件下，先分解为氨氮，再分解为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮。因此把含氮化合物列在无机污染物中加以论述。
凯氏氮（KN）是有机氮与氨氮之和。凯氏氮指标可以用来判断污水在进行生物法处理时，氮营养是否充足。生活污水中凯氏氮含量约40mg／L（其中有机氮约15mg／L，氨氮约25mg/L)。
氨氮在污水中存在形式有游离氨（NH3）与离子状态氨盐（(NH+）两种，故氨氮等于两者之和。污水进行生物处理时，氨氮不仅向微生物提供营养，而且对污水的pH起缓冲作用。
.磷及其化合物。污水中含磷化合物可分为有机磷和无机磷两类。有机磷的存在形式主要有：葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸-甘油酸及磷酸肌酸等；无机磷都以磷酸盐形式存在，包括正磷酸盐(PO3-)、偏磷酸盐（PO3)）、磷酸氢盐（(HPO2-)、磷酸二氢盐（H2PO)）等。
生活污水中有机磷含量约为3m，无机磷含量约为
硫酸盐与硫化物。污水中的硫酸盐用SO2-表示。生活污水的硫酸盐主要来源于人类排泄物；工业废水如洗矿、化工、制药、造纸和发酵等工业废水，含有较高浓度的硫酸盐。
污水中的SO2-，在缺氧的条件下，由于硫酸盐还原菌、反硫化菌的作用，被脱硫还原成H2SH2SH2SO4，对管壁有严重的腐蚀S，在排水管道内，H2S与管壁附着的水珠接触，生成作用。
污水中的硫化物主要来源于工业废水（如硫化染料废水、人造纤维废水等）和生活污水。
硫化物在污水中的存在形式有硫化氢（H2S）、硫氢化物（HS-）与硫化物（S2-）。当污水pH值较低时（如低于6.5），则以H2S为主（H2S约占硫化物总量的98％）；pH值较高时（如高于9），则以S2-为主。硫化物属于还原性物质，要消耗污水中的溶解氧，并能与重金属离子反应，生成黑色的金属硫化物沉淀。
氯化物。生活污水中的氯化物主要来自人类排泄物。工业废水（如漂染工业、制革工业等）以及沿海城市采用海水作为冷却水时，都含有很高的氯化物。氯化物含量高时，对管道及设备有腐蚀作用；如灌溉农田，会引起土壤板结；氯化钠浓度过高对生物处理的微生物有抑制作用。
非重金属无机有毒物质。非重金属无机有毒物质主要是氰化物与砷化物。
氰化物。污水中的氰化物主要来自电镀、焦化、高炉煤气、制革、塑料、农药以及化纤等工业废水。氰化物是剧毒物质。
氰化物在污水中的存在形式是无机氰（如氢氰酸HCN、氰酸盐CN-）及有机氰化物。
.砷化物。污水中的砷化物主要来自化工、有色冶金、焦化、火力发电、造纸及皮革等工业废水。
砷化物在污废水中的存在形式是无机砷化物（如亚砷酸盐AsO2-一、砷酸盐AsO)以及有机砷（如三甲基砷）。对人体的毒性排序为有机砷＞亚砷酸盐＞砷酸盐。砷会在人体内积累，属致癌物质。
重金属离子。污水中的重金属离子主要有汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍等，冶金、电镀、陶瓷、玻璃、氯碱、电池、制革、造纸、塑料及颜料等工业废水，都含有不同的重金属离子。在微量浓度时，有益于微生物、动植物及人类；但当浓度超过一定值后，即会产生毒害作用，特别是汞、镉、铅、铬、砷以及它们的化合物，称为“五毒”。
污水中含有的重金属离子难以净化去除。在处理的过程中，重金属离子浓度的60％左右被转移到污泥中，往往使污泥中的重金属含量超标。
污水的有机污染物指标有生化需氧量、化学需氧量、高锰酸盐指数、总有机碳等。
生化需氧量（BOD）。生化需氧量是在指定的温度和指定的时间段内，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中所需要的氧的数量，单位一般采用mg／L。完全的生化需氧量测定需要历时100d以上，在实际应用时不可行；根据研究观测，微生物的好氧分解速度开始很快，约至5日后其需氧量即达到完全分解需氧量的70％左右，因此在实际操作中常常用5日生化需氧量BOD5来衡量污水中有机污染物的浓度。
生活污水的BOD5一般在70～250mg／L，工业废水的BOD5则有较大的差别，有的高达数千毫克每升。综合的城市污水BOD5一般在100～300mg／L。
化学需氧量（COD）。以BOD5作为有机物浓度指标，存在以下缺点：测定时间需5d，时间太长，难以及时反映水质状况；如果污水中难生物降解有机物浓度较高，测定结果误差较大；某些工业废水不含微生物生长所需的营养物质，或者含有抑制微生物生长的有毒有害物质，影响测定结果；BOD5测定条件较严格。为了克服上述缺点，可采用化学需氧量指标。
K2CrOCOD的测定，是指将污水置于酸性条件下，用重铬酸钾（K2CrO7）强氧化剂氧化水中的有机物时所消耗的氧量，单位为mg／L。COD测定的时间短，一般几小时，不受水质限制。但COD测定不像BOD5那样直接反映生化需氧量，另外还有部分还原性无机物（如硫化物）也被氧化，因此也有一些误差，一般在工业废水测定中广泛采用，在城市污水分析时与BOD5同时应用。
城镇污水的COD一般大于BOD5，两者的差值可反映废水中存在难以被微生物降解的有机物。在城市污水处理分析中，常用BODs／COD的比值来分析污水的可生化性，称为可生化性指标，比值越大，生化性能越好。BOD5／COD≥0.3的污水，适宜采用生物处理；小)D5/COD≥0.于此值的污水应考虑生物技术以外的污水处理技术，或对生化处理工艺进行试验改革，如以传统活性污泥法为基础发展出来的水解酸化-活性污泥法，针对难以生化的城市污水，具有较好的降解效果。
高锰酸盐指数。用高锰酸钾（KMnO4）作氧化剂氧化污水中有机物时所消耗的氧量，称为高锰酸盐指数，单位为mg／L。按测定溶液的介质不同，分为酸性高锰酸钾法和碱性高锰酸钾法。因为在碱性条件下高锰酸钾的氧化能力比酸性条件下稍弱，此时不能氧化水中的氯离子，故常用于测定含氯离子浓度较高的水样。
国际标准化组织（ISO）建议高锰酸钾法仅限于测定地表水、饮用水和生活污水，不适用于工业废水。
总有机碳（TOC）。总有机碳的分析目前在国内外日趋增多，主要是为解决快速测定和自动控制而发展起来的。总有机碳（TOC）的测定原理是：先将一定数量的水样经过酸化，用压缩空气吹脱其中的无机碳酸盐，排除干扰；然后注入含氧量已知的氧气流中，再通过以铂钢为催化剂的燃烧管，在900℃高温下燃烧，把有机物所含的碳氧化成二氧化碳；用红外气体分析仪记录二氧化碳的数量并折算成含碳量，即为总有机碳值。总有机碳测定仅几分钟，但是由于总有机碳仪属高精尖仪器，价格很贵，目前还不像BOD5、COD那样是一种普及的指标。
城镇污水既包括人们生活中排出的洗浴用水、粪便等，也包括公共设施如医院中排出的废水，还包括一些食品工业如屠宰厂排出的工业废水。这些排出的污废水都有可能带来大量的细菌、病毒、致病菌和虫卵。污水的生物指标包括：大肠菌群数、病毒、细菌总数。
大肠菌群数。大肠菌群数是每升水样中所含的大肠菌群数目，以个／L计。大肠菌群数用来指示污水被粪便污染的程度。
病毒。污水中已被检出的病毒有100多种。病毒的检验方法目前主要是数量测定法与蚀斑测定法两种。
细菌总数。细菌总数是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌数的总和，以每毫升水样中细菌的菌落总数表示。细菌总数越多，表示病原菌与病毒存在的可能性越大。因此，用大肠菌群数、病毒及细菌总数3个卫生指标来评价污染的严重程度就比较全面。
