Nước thải được sinh ra bởi khu dân cư, tổ chức, cơ sở thương mại và công nghiệp. Nó bao gồm dòng chất thải gia đình từ nhà vệ sinh, phòng tắm, nhà bếp, bồn rửa và  được thải bỏ thông qua hệ thống cống rãnh.

Trong nhiều lĩnh vực, nước thải còn bao gồm chất thải lỏng từ ngành công nghiệp và thương mại. Sự tách biệt và tiêu thoát nước của rác thải sinh hoạt thành nước xám và nước đen đang trở thành phổ biến hơn ở các nước phát triển, với nước xám được phép sử dụng để tưới cây hoặc tái sử dụng để xả nhà vệ sinh. Nước thải có thể bao gồm nước mưa chảy tràn. Hệ thống thoát nước có khả năng xử lý nước mưa được gọi là hệ thống thoát nước kết hợp. Thiết kế này đã được phổ biến khi hệ thống thoát nước đô thị được phát triển đầu tiên, vào cuối những năm 19 và đầu thế kỷ 20. Cống kết hợp yêu cầu thiết bị xử lý lớn hơn nhiều và tốn kém hơn hệ thống cống rãnh vệ sinh. Dòng chảy với lưu lượng lớn khi có các cơn bão có thể vô hiệu hóa hoàn toàn hệ thống xử lý nước thải, gây ra sự cố tràn hoặc lũ lụt. Hệ thống cống rãnh vệ sinh thường nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cống rãnh kết hợp, và nó không được thiết kế để vận chuyển nước mưa. Sự chảy tràn của nước thải chưa qua xử lý có thể xảy ra nếu xâm nhập quá nhiều / dòng chảy (pha loãng bởi nước mưa và / hoặc nước ngầm) chảy vào hệ thống thoát nước vệ sinh.Đô thị hóa ở  các cộng đồng giữa thế kỷ 20 hoặc sau đó nhìn chung họ đã xây dựng hệ thống nước thải riêng biệt (hệ thống cống rãnh vệ sinh) và hệ thống thoát nước mưa, vì mưa là nguyên nhân hình thành các dòng chảy khác nhau, làm giảm hiệu suất nhà máy xử lý nước thải. Khi nước mưa đi qua mái nhà và mặt đất, nó có thể nhận các chất ô nhiễm khác nhau bao gồm các hạt đất và trầm tích, kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ, chất thải động vật và dầu mỡ.

Một số điều luật yêu cầu nước mưa phải được xử lý ở một mức độ nhất định trước khi thải trực tiếp vào nguồn nước. Ví dụ về quá trình xử lý được sử dụng cho nước mưa bao gồm việc giữ lại trong lưu vực, vùng đất ngập nước, hầm chôn cùng với các  phương tiện lọc và tách xoáy (để loại bỏ các chất rắn thô).