化学处理工艺常见的主要包括废水电解处理法、臭氧处理法、氧化处理法。化学处理工艺基本原理是利用氧化反应、中和等化学过程，将石油化工工业废水中的有害物质转化为无害物质，或将其转变为固体物质，再通过过滤等方法进行处理。化学处理工艺不仅能够实现对石油化工工业废水进行处理，还可以实现废水回收利用，例如可以对炼油过程中产生的含硫含氨冷凝水进行处理，经汽提脱H2S氨的净化水进行回收利用，作为电脱盐的注水，另外一些废水在经过隔油处理、过滤沉淀后也可以再进行循环使用。

化学处理工艺操作中要特别注意对废水进行分级处理，并根据废水性质进行多级化学反应工艺，目的是为了尽可能通过化学反应将废水中可利用物质置换出来，实现废物利用。就当前化学处理工艺在石油化工工业废水处理中的应用情况来看，其处理效果较为显著，且使用较为广泛，但在处理过程中化学工艺也有一定局限。例如若化学处理过程中出现反应彻底，或者是反应过后产生二次污染等。