Die Dritte Reinigungsstufe in Kläranlagen enthält eine weitergehende Abwasserbehandlung chemischer Art und damit Abwasserreinigungsverfahren, die über die mechanische (1. Stufe) und biologische (2. Stufe) Abwasserreinigung hinausgehen.
Dritte Reinigungsstufen werden verwendet, um problematische Stoffe wie Stickstoff- und gelöste Phosphorverbindungen, schwer abbaubare Stoffe, Schwermetalle oder Salze zu verringern. Die Wahl der Verfahren für Dritte Reinigungsstufen richtet sich nach den vorrangig zu behandelnden Stoffen im Abwasser. Zur Verbesserung des Kläranlagenablaufes eignen sich Schönungsteiche, Mikrosiebe oder Sandfilter, um fein suspendierte Stoffe und Flockenreste zurückzuhalten.
Die aus dem menschlichen Stoffwechsel und aus Waschmitteln stammenden Phosphate können mit Hilfe von Chemikalien (Kalk, Eisenchlorid und Aluminiumsulfat) weitgehend aus dem Abwasser ausgefällt werden (Fällungsbehandlung).
Ein Teil der sich bei der Nitrifikation bildenden bzw. im Rohwasser befindlichen Nitrate kann mit Hilfe der Denitrifikation entfernt werden. Hierbei bauen Mikroorganismen das Nitrat zu gasförmigem Stickstoff ab. Eine Möglichkeit zur Reduzierung von Stoffen, die sich biologisch entweder sehr schwer oder gar nicht abbauen lassen, ist die adsorptive Reinigung z. B. durch Aktivkohlefilter (sehr kostenaufwändig).
Im bereits biologisch behandelten Abwasser noch vorhandene Schwebstoffe (Suspensa) können mittels Filtration (z. B. Sandfilter) entfernt werden.