深度飲用水處理法是指在用常規的處理法之后，再次選用合適的方法使不能夠完全清除的污染物和雜質做進一步的處理，使其水質達到規定的標準。應用效果較好且用的最多的就是生物活性炭、活性炭吸附法、臭氧活性炭、膜別離法、光催化氧化法。

生物活性炭：此方法是活性炭處理深度飲用水多年發展而來的，這種方法是結合了活性炭吸附的作用在表面附著的微生物發生生物降解的作用，提高了水中有機物的清除率。把氨氮氧化為硝酸鹽氮，減少了投氯量，還可減少三鹵甲烷的生成，這種方法可延長活性炭的再生周期，降低費用。附著在表面的微生物在強水流的沖刷下也會脫落，這會影響水質。生物活性炭法不要使用預氯化，這會影響微生物不能夠很好的生長，使其失去氧化作用。生物活性炭法也是目前被認為最普遍的方法，但是流失率也較高，要解決這一難題，可以用現在最流行的復化處理上序，附著在活性炭表面的微生物群聚集的較多就能有更大的抗性，普通的氯化消毒也不能殺死這些微生物。

活性炭吸附法：活性炭一直以來都被當作吸附劑來使用，活性炭吸附法也是現在應用最廣泛最有效的凈化法。常用于給水處理，主要清除污染物、有機物和雜質。

臭氧活性炭法：此法常用作深度水處理中，能夠有效地清除高強度的污染物，使用時可在活性炭池只前添加臭氧，臭氧可在反應池中發生接觸氧化作用，雜活性炭過濾之前加入臭氧能夠降解部分的有機物，可減少活性炭的有機負荷，能對大部分的有機物進行分解，使其更好的被活性炭吸附，提高了溶解氧和活性炭表面氧含量，增強了對有機物的分解力。

膜別離法：這種方法是一種高小濃縮、分離、提純、凈化的工藝。是在常溫下進行，操作方便，能夠有效地清除水中色度、污染物、消毒副產物、有機物等。無煙煤濾料能有效清除污染物，無需添加藥劑、規劃可大可小、操作保養方便、適應性強、能夠完成自動化。膜別離法也是現在用在飲用水處理清除有機物和微生物最有效快捷的方法。但是無煙煤濾料的膜別離法對原水預處理和化學清洗還存在污染、反滲透的問題，還使其運行費用較高。

光催化氧化法：此法是在催化劑的作用下進行光氧化，能夠把有機物分解為水、二氧化碳、無機水分子，我們常用的催化劑是二氧化鈦，能夠有效的催化烴類化合物發生光氧化，再進行有效的清除。