Có nhiều cách phân loại ô nhiễm nước như dựa vào nguồn gốc ô nhiễm, gồm: ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt. Dựa vào môi trường ô nhiễm, gồm: ô nhiễm nước ngọt, ô nhiễm biển và đại dương. Dựa vào tính chất của ô nhiễm, gồm: ô nhiễm vật lý, hóa học hay sinh học.
Ô nhiễm hóa học
Do thải vào nước các chất nitrat, phosphat dùng trong nông nghiệp và các chất thải do luyện kim và các công nghệ khác như, Cr, Ni, Cd, Mn, Cu, Hg là những chất độc cho thủy sinh vật. Sự ô nhiễm do các chất khoáng là do sự thải vào nước các chất như nitrat, phosphat và các chất khác dùng trong nông nghiệp và các chất thải từ các ngành công nghiệp.
Sự ô nhiễm nước do nitrat và phosphat từ phân bón hóa học cũng đáng lo ngại. Khi phân bón được sử dụng một cách hợp lý thì làm tăng năng suất cây trồng và chất lượng của sản phẩm cũng được cải thiện rõ rệt. Nhưng các cây trồng chỉ sử dụng được khoảng 30 – 40% lượng phân bón, lượng dư thừa sẽ vào các dòng nước mặt hoặc nước ngầm, sẽ gây hiện tượng phì nhiêu hoá sông hồ, gây yếm khí ở các lớp nước ở dưới.
Các loại nông dược sử dụng cho nông nghiệp cũng là nguồn gây ô nhiễm hóa học.
Ô nhiễm vật lý
Các chất rắn không tan khi được thải vào nước làm tăng lượng chất lơ lửng, tức làm tăng độ đục của nước. Các chất này có thể là gốc vô cơ hay hữu cơ. Nhiều chất thải công nghiệp có chứa các chất có màu, hầu hết là màu hữu cơ, làm giảm giá trị sử dụng của nước về mặt y tế cũng như thẩm mỹ.
Ngoài ra các chất thải công nghiệp còn chứa nhiều hợp chất hoá học như muối sắt, mangan, clor tự do, hydro sulfur, phenol… làm cho nước có vị không bình thường. Các chất amoniac, sulfur, cyanur, dầu làm nước có mùi lạ. Thanh tảo làm nước có mùi bùn, một số sinh vật đơn bào làm nước có mùi tanh của cá.
Ô nhiễm sinh học
Ô nhiễm nước sinh học do các nguồn thải đô thị hay kỹ nghệ có các chất thải sinh hoạt, phân, nước rửa của các nhà máy đường, giấy…
Sự ô nhiễm về mặt sinh học chủ yếu là do sự thải các chất hữu cơ có thể lên men được: sự thải sinh hoạt hoặc kỹ nghệ có chứa chất cặn bã sinh hoạt, phân tiêu, nước rửa của các nhà máy đường, giấy, lò sát sinh…
Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước khác
Nguyên nhân tự nhiên: Bất cứ một hiện tượng nào làm giảm chất lượng nước đều bị coi là nguyên nhân gây ô nhiễm nước.Ô nhiễm nước do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão… hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng. Cây cối, sinh vật chết đi, chúng bị vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ. Một phần sẽ ngấm vào lòng đất, sau đó ăn sâu vào nước ngầm, gây ô nhiễm, hoặc theo dòng nước ngầm hòa vào dòng lớn.
Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt,…) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu.
Sự suy giảm chất lượng nước có thể do đặc tính địa chất của nguồn nước ví dụ như: nước trên đất phèn thường chứa nhiều sắt, nhôm. nước lấy từ lòng đất thường chứa nhiều canxi…
Lụt lội có thể làm nước mất sự trong sạch, khuấy động những chất dơ trong hệ thống cống rãnh, mang theo nhiều chất thải độc hại từ nơi đổ rác, và cuốn theo các loại hoá chất trước đây đã được cất giữ.
Nước lụt có thể bị ô nhiễm do hoá chất dùng trong nông nghiệp, kỹ nghệ hoặc do các tác nhân độc hại ở các khu phế thải. Công nhân thu dọn lân cận các công trường kỹ nghệ bị lụt có thể bị tác hại bởi nước ô nhiễm hoá chất.