氯作為傳統的飲用水消毒劑，最早是以次氯酸鈉的形式使用的。1913年，美國Philadelphia 州在世界上首次成功使用液氯進行飲用水消毒，之后液氯逐漸推廣應用，并發展成最普遍的氯消毒形式。現在通常所說的氯指的是氯氣，此外也包括次氯酸鈉、次氯酸鈣、漂白粉等。氯氣易溶于水，在水處理應用時，將高壓液氯在常壓氣化后以氯氣的形式通入水中。

一般認為，氯氣消毒中發揮主要作用的為次氯酸，這主要是由于次氯酸為很小的中性分子，易于擴散到帶負電的細菌表面，并通過細菌的細胞壁穿透到細菌的內部，當次氯酸分子到達細菌內部時，能發揮氧化作用破壞細菌的酶系統而使細菌死亡。次氯酸根也具有殺菌能力，但是它帶負電荷，與表面帶負電荷的細菌相斥，很難與細菌接觸，其消毒能力受到抑制。由于pH對HOCI電離平衡關系以及HOCI與OCIˉ不同形態比例關系有重要影響，因此也將對消毒效果產生顯著影響。在不同pH條件下，反應30min滅活99%的大腸桿菌，計算HOCI和OCIˉ的消毒效果，發現OCIˉ的殺菌能力僅為HOCI的1/80。生產實踐也發現，pH越低氯消毒作用越強，證實中性HOCI分子是消毒的主要成分。

氯消毒存在的問題, 氯消毒在飲用水處理中的應用已有近百年歷史。由于氯消毒具有消毒效果好、價格低廉、操作簡單、無需龐大設備等優勢，因此目前依舊是廣泛使用的消毒劑。但是，氯消毒工藝本身也存在不少問題。

首先，氯氣本身有毒，高壓液氯泄漏或爆炸將產生嚴重后果，因此使用時必須嚴格規范操作，防止泄漏與爆炸。近年來，隨著對城市公共安全的重視，而高壓液氯往往具有較大的安全隱患，國內外有的城市逐漸取消了高壓液氯而代之以液態的次氯酸鈉作為消毒劑進行投加。

其次，氯消毒將可能產生大量THMs、HAAs等鹵代消毒副產物，從而影響飲用水水質化學安全性。對美國80個主要城市的自來水進行全面調查，結果表明，以地表水為水源、并經氯化消毒的水廠處理水中普遍存在著較高濃度的三氯甲烷（CHCI₃）等消毒副產物。研究證明，腐殖酸、富里酸等，以及溴離子都是重要的DBPs前驅物，對氯化過程DBPs的生成有重要的影響。

此外，氯消毒本身在滅活微生物方面具有一定的局限性。研究發現，相對于氯胺，氯滅活控制管壁微生物膜生長的效能要差得多；此外，氯消毒對滅活賈第蟲、隱孢子蟲等抗氯性較強的微生物往往無能為力。

鑒于氯消毒工藝存在的上述問題，尤其是飲用水標準中對鹵化DBPs的規定日趨嚴格，因此各種替代消毒方法及其組合消毒工藝在飲用水處理中逐漸得到應用。