因此，最大可能地去除水中的微量有机污染物、消毒副产物等就是饮用水深度净化的目的。水的深度处理在国外应用较为普遍，我国在饮用水深化处理方面还处于起步阶段，大部分老水厂均未采用深度处理，只有部分新水厂采用了深度处理。人们开发了许多技术如活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭联用和各种膜技术等对饮用水进行深度处理。
活性炭具有良好的吸附和过滤功能，对水中的致癌物与致突变物具有良好的去除效果。但由于活性炭的再生问题使制水成本大幅度提高，在我国的使用受到一定的限制。
臭氧可以破坏致病微生物，能保证彻底消毒而没有毒性副产物的产生。采用臭氧消毒取代氯气消毒可杜绝有机氯化物的生成，而且可直接去除水中有机氯化物。但有研究发现，臭氧的氧化作用具有较强的选择性，它对水中已经形成的三氯甲烷几乎没有去除作用。同时臭氧会导致水中可生物降解物质的增多，可生物降解物质增多的后果会引起供水管网中细菌的繁殖，使水厂出水的生物稳定性降低。因此臭氧很少在水处理工艺中单独使用。
臭氧与活性炭滤池联用。这种方法是基于活性炭能有效去除水中小分子有机物，但对大分子有机物的去除有限。水先经臭氧氧化，使水中大分子有机物分解成小分子有机物，这样就提高了有机物进入活性炭微孔内部的可能性，可以充分利用活性炭的吸附表面，且延长了活性炭的使用周期。同时后续的活性炭可以吸附臭氧氧化过程中产生的大量中间产物，包括解决了臭氧无法去除的三氯甲烷，并保证了最后出水的生物稳定性。但是该技术设备昂贵，运行耗电量大的问题同样不容忽视。
人们对膜的认识已经有200年的历史，实用膜的研究开始于上世纪初期。近三四十年间，膜技术得到了突飞猛进的发展，已经发展成为一项高新技术，被称为“二十一世纪的水处理技术”，广泛应用在能源、食品、环保等领域。其中从70年代开始研究的纳滤膜技术，以其独特的优势，已经广泛地应用在纯水制备、直饮水等水处理领域，取得了可喜的成绩。目前纳滤技术已经大规模应用在美国、日本等国家的给水行业，在我国给水行业广泛应用的条件还不成熟，尚处于尝试阶段，应用的瓶颈在于费用高且去除溶解性有机物并不理想。
近年来，国内外还开展了光化学氧化法去除水中污染物的研究。这种方法采用紫外灯为光源，以二氧化钛为催化剂降解水中微量有机污染物取得了令人满意的效果。这种技术的特点是具有极强的氧化能力，且没有选择性，有机物去除效率高。上世纪80年代后应用在饮用水深度处理领域，但是该技术目前还未达到应用于生产的阶段，而且光催化氧化法处理费用较高。
我国在给水深度处理的普及化程度不高，新水标增加了对有机污染物的检测项目，迫切要求水厂引入饮用水深度处理技术。
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