污泥濃縮主要是針對間隙水，經濃縮后的污泥含水率為90%以上，呈流動狀態，體積仍然很大，故而需要進行脫水。污泥脫水的目的是將污泥中的毛細管結合水分離出來。

污泥脫水的方法主要有自然干化、機械脫水及熱處理法。在污泥脫水的方式中，自然干化的占用面積大，衛生條件相對較差，易受天氣狀況的影響。與加熱脫水相比，機械擠壓的能量消耗相對較低，20MPa的能量相當于70kJ/kg，汽化熱為2200kJ/kg，因此，機械脫水被廣泛應用于污泥脫水中。機械脫水后的污泥含水率為65%～80%，呈泥餅狀。

污泥脫水可大大減少污泥填埋時污泥的堆積場地、節約運輸過程中產生的費用；在對污泥進行堆肥處理時，污泥脫水能保證堆肥順利進行（堆肥過程中一般要求污泥有較低的含水率）；如若進行污泥焚燒，污泥脫水率高可大大減少熱能消耗。

但是，污泥成分復雜、相對密度較小、顆粒較細，并往往是膠態狀況，決定了其不易脫水的特點，所以目前為止，污泥脫水程度的進一步提高是國內外研究的熱門課題。

目前使用比較普及的污泥脫水機有三種——板框式污泥機、帶式污泥脫水機與離心脫水機。

帶式污泥脫水機電耗低，板框污泥機濾餅含水率低，-離心脫水機對污泥流量波動的適應性強、密封性能好、處理量大、占地小。我國新建污水處理廠大多采用離心脫水機、帶式污泥脫水機和板框式污泥機，小型污水處理廠一般采用濃縮脫水一體機。