物理法除油主要包括；自然除油、斜板除油罐除油、气浮法除油（去除悬浮物）、旋流除油以及粗粒化（聚结）除油。根据油和水密度的不同，自然除油通过重力分离技术使油上浮，从而出现油水分离。自然除油忽略了油珠颗粒上浮中的絮凝以及进出配水口水流的不均匀性，其主要缺点有：污水停留时间长，容积大，操作流程不密闭，投资高。根据“浅池理论”，斜板（管）除油对自然除油进行了改进，在除油罐内沉降区加了波纹斜板，从而使除油效率得到了提高。旋流除油是在液流对旋转速度进行调整时，利用水和油的密度差，受到不同离心力的作用，从而分离出油和水的。粗粒化除油主要用于去除分散油，这种方法是使污水流经填充物，从而油珠会变大，更容易沉降。
混凝处理：为了去除油田污水中的乳化油、溶解油以及分散油，在污水处理过程中，一般使用混凝沉降法，这种方法还可以同时去除泥质和粉质悬浮固体，主要原理是通过化学或者物理的方法提高以上所说物质的分离速度，从而使其沉降。一般的混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用主要有三种：网扫作用、电性中和以及吸附桥架。这三种作用的主次主要由混凝剂的种类以及投放量，胶体粒子的性质来决定。然而现在运用越来越广泛的是无机高分子混凝剂和复合型混凝剂，其不仅在油田污水处理时，混凝净化的效果良好，而且通过添加一种药剂，就可以大大简化加药工序，减少投资的成本。
过滤：含油污水的过滤处理是让污水经过一个多孔而较厚的石英砂或者含有粒状物的过滤床， 从而使杂质留在介质上或这些介质的空隙里，进一步净化了含油污水。过滤过程主要包括以下几个步骤：吸附、絮凝、沉淀和截留，主要是去除水中的胶体物质和悬浮物，此外，还能
去除细菌、铁氧化物、油类以及放射性颗粒。
