معالجة المياه الكيميائية هي عملية استخدام مواد كيميائية مختلفة لتنقية المياه وحمايتها لمجموعة متنوعة من التطبيقات.تتضمن طريقة المعالجة هذه استخدام المواد الكيميائية للتحكم في جوانب مختلفة من جودة المياه مثل الرقم الهيدروجيني والصلابة والقلوية والنمو الميكروبيولوجي.يمكن أن تشمل المواد الكيميائية المستخدمة المطهرات، والمواد المخثرة، والمندفات، ومثبطات التآكل، ومثبطات القشور، وغيرها.
تستخدم معالجة المياه الكيميائية بشكل شائع في الإعدادات الصناعية والتجاريةكما هو الحال في أبراج التبريد والغلايات ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي، وكذلك في التطبيقات السكنية مثل حمامات السباحة ومعالجة مياه الشرب.الهدف من معالجة المياه الكيميائية هو التأكد من أن المياه آمنة وفعالة ومستدامة للاستخدام المقصود منها.