Աղտոտիչ նյութերը բնական ջրերի մեջ են թափանցում պինդ, հեղուկ, կոլոիդային, էմուլսային և գազային ձևերով: Ջրի աղտոտման հիմնական աղբյուրներն են արդյունաբերական և կենցաղային կեղտաջրերը, ձնհալի և անձրևների ժամանակ գյուղատնտեսական դաշտերից տեղափոխվող պարարտանյութերը, պեստիցիդները,  անձրևի և ձյան միջոցով՝ մթնոլորտից անջատվող զանազան նյութեր: Արդյունաբերական հոսքաջրերն առավել հաճախ աղտոտված են նավթամթերքներով, ֆենոլներով, ծանր մետաղներով և սինթետիկ լվացամիջոցներով, ներկերով, ճարպերով, որոնք վատացնում են ջրի որակը, այն դարձնում խմելու և սննդի մեջ օգտագործելու համար ոչ պիտանի. խախտվում են ջրային ավազանի կենսաբանական շարժընթացները, փոխվում է ջրային կենսաբազմազանությունը, նվազում են արտադրողականությունն ու սննդային արժեքը, որոշ ձկներ դառնում են թունավոր: Հատկապես վտանգավոր են տաք հոսքաջրերը, որոնք փոխում են ջրավազանի ջերմային ռեժիմը. վատանում են ձկների ձվադրության պայմանները, ոչնչանում են մի շարք օգտակար մանրէներ, զարգանում են մակաբույծներ:
Ներկայումս ջրային միջավայրի լրջագույն աղտոտիչ են նաև նավթն ու նավթամթերքները: Հատկապես մեծ վտանգ են ներկայացնում նավթատար խոշոր նավերի վթարները, երբ նավթն արտահոսում և աղտոտում է հսկայական ջրատարածքներ: Արտահոսած նավթը խախտում է ծովի կենսաբանական ռեժիմը, մեծ վնաս է հասցնում ձկնորսությանը, զբոսաշրջությանը:  Ջրի մակերևույթից նավթը հավաքում են հատուկ նավթահավաք նավերով, հողի և ջրամբարների մաքրման համար օգտագործում են նավթով սնվող միկրոօրգանիզմներ, ինչպես նաև կիրառում ակտիվ կլանիչներ (ադսորբենտներ):
Կենցաղային հոսքաջրերը հիմնականում պարունակում են աղիքային վարակիչ հիվանդությունների հարուցիչներ:
Ջրավազանների աղտոտման առավել արտահայտված դրսևորումներից է ջրի «ծաղկումը» (էվտրոֆացում)` քաղցրահամ ջրավազանների վերին կենսահորիզոնում կանաչ և կապտականաչ ջրիմուռների զանգվածային բազմացումը: Ջրի «ծաղկման» յուրահատուկ օրինակ է Սևանա լճի «ծաղկումը»` ջրի մակարդակի իջնելուց հետո:
Բնական ջրերի կարևոր առանձնահատկությունն ինքնամաքրման կարողությունն է՝ գոլորշիանալու, հողի մեջ ներծծվելու և մանրէների գործունեության միջոցով: Մշակվել են բնական ջրերի արհեստական մաքրման բազմաթիվ եղանակներ. մեխանիկական եղանակով, օրինակ, մաքրվում են ջրի մեջ լողացող և կախված նյութերը:
Ջրերի մաքրման քիմիական եղանակներից կիրառվում են մակարդումը, երբ քիմիական որոշ նյութերի ազդեցությամբ ջրում եղած խառնուրդները մակարդվում, նստում են հատակին, կլանումը` քիմիական որոշակի կլանիչներով ջրից կլանվում և հեռացվում են վնասակար նյութերը, քլորացումն ու օզոնացումը՝ քլորի և օզոնի միջոցով ախտահանվում է խմելու ջուրը:
Կենսաբանական մաքրման դեպքում հոսող ջրերն անցկացնում են խիտ բուսածածկի կամ փայտի թեփի միջով: Մեծ կիրառություն ունի ջրերի մաքրումն արհեստական ակտիվ տիղմով. տիղմի մեջ բազմացող մանրէներն արագ խժռում են ջրում եղած վնասակար մանրէներին:
Ջուրը տհաճ հոտով գազերից ու նյութերից մաքրելու նպատակով կիրառվում է օդավորման (աերացիա) եղանակը՝ հատուկ հարմարանքներով ջուրը հարստացվում է օդի թթվածնով: