污泥处理是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。污水处理程度越高，就会产生越多的污泥残余物需要加以处理。除非是利用土地处理或污水塘处理污水，否则一般的污水处理厂必须设有污泥处理设施。对现代化的污水处理厂而言，污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中复杂、且花费的一部分。
污泥的营养成分有利于植物成长，而其颗粒特性可用于土地改良。这些应用局限有饲料作物和非人类消费，而运用于支持可食用植物的可能性正在研究中。污泥土地应用的主要限制因素为植物富集金属毒性和水体富营养污染。污泥的应用可通过在流态时由喷淋器喷淋、沟渠导流或直接注入土壤。去水污泥可以由传统农用机械铺设在土地之上在和培养土壤。
大量的污泥产生，而这种污泥中含有相当大量的油，必须在终处置之前将之去除。炼油厂产生的污泥不能被的处置，除非将其含油量去除到一定程度。此外，在炼油厂的油水分离系统和储油罐中因为含油原料的累积而产生的污泥的处理费用很高，并且对环境造成很严重的污染。石油是一种疏水混合物例如：烷烃，芳香烃，树脂和沥青。许多化合物是有毒性的，致突变的和致癌的。它们的排放的受到严格控制的，因为它们对人体健康和环境的负面影响，它们被美国环保部门分类并列为环境污染物优先。
污泥处理是污水处理的重要组成部分，从沉淀池排出的污泥其含水率很高，通常在95%以上，因此需要对污泥进行干化处理。污泥干化主要有压滤机压滤和污泥干化池干化两种方法。其中压滤的方法投资大，运行费用高。而污泥干化池干化的方法投资小运行费用低，因而在有足够空间的地方多采用污泥干化池干化。