水污染化学过程是导致天然水体水质转化的关键过程，它包括酸碱中和反应、水解反应、氧化还原反应和光化学反应等过程。

酸碱中和反应是天然水体常见的化学反应过程，它对调控天然水体的酸碱平衡具有非常重要的作用。大量酸性或碱性化学物质排入天然水体，导致水体酸碱度发生变化，使酸碱平衡向酸性或碱性方向移动。天然水体达到酸碱平衡时，水体的pH通常在6—9之间。

水解反应是酸碱中和反应的逆过程。天然的水是一种弱电解质，自身存在着电离平衡，水中H+ 的浓度与 OH-的浓度相等。水体中的某些盐类物质接受了水电离出来的H+ 或 OH-，破坏了水体的电离平衡，导致盐类物质水解。水体中污染物的水解反应非常普遍，有些有机污染物水解后的产物往往具有较小的毒性。

氧化还原反应是水体的重要反应过程。在有氧条件下，水体中碳氢化合物、脂肪、蛋白质等有化合物在微生物等作用下，发生氧化还原反应，有化合物被分解为二氧化碳等简单的无机物，同时消耗大量的氧气，氧气被完全还原成水。这一反应过程称为氧气/水氧化还原反应。当水体中存在大量有机物时，氧气/水氧化还原反应首先耗竭了水中的溶解氧，然后发生硝酸盐氧化有机物的过程，生成CO2 、NH4+ 、H2S 和CH4 等还原性物质。这一反应过程称为缺氧条件下的氧化还原反应。水体中的铁（三价）、锰（四价）化合物在催化作用下也会被还原成二价铁、锰化合物。

光化学反应是指有机化合物在水环境中吸收了阳光辐射波长大于290nm的光能而发生的分解过程。污染物的光分解速率不仅取决于水环境的性质(如太阳辐射光的强度、光敏剂存在与否等)，也取决于有机物的性质(如污染物的种类及对光的吸收程度等)。如乙拌磷杀虫剂在光敏剂腐殖酸和富里酸存在下，可发生光解反应。酚在天然水中的光解速度，随季节而有很大变化。