Bij chemische oxidatie is er sprake van het oxideren van een stof met als doel deze te 'kraken/breken' (veranderen) om zo een andere stof(fen) te verkrijgen.
Deze techniek wordt toegepast bij stoffen die zonder oxidatie niet of nauwelijks uit het water te verwijderen zijn; de gevormde restproducten na oxidatie zijn echter wel te zuiveren (via absorptie, biologische afbraak, bezinking of membraan filtratie).
Oxidanten (chemicaliën) die hiervoor kunnen worden toegepast zijn ozon, waterstofperoxide en kalium-permanganaat. Met deze oxidatiemiddelen kunnen ondermeer de volgende componenten worden afgebroken:
