Les procédés physico-chimiques les plus courants pour séparer le cuivre de l'eau sont la précipitation, l'extraction par complexation, et l'électrolyse.

Il faut cependant noter que ces procédés, qui sont décrits brièvement ci-dessous, n'ont pas pour but premier de RECUPERER le cuivre et le revaloriser (ces procédés sont peu rentables, sauf à l'échelle industrielle, malgré la fluctuation vers le haut du cours mondial du cuivre), mais bien d'ELIMINER le cuivre pour éviter les contaminations de l'eau.

Le cuivre présent dans l'eau existe généralement sous forme ionique et dissoute, Cu²⁺. Dans ce cas, il est possible d'ajouter à la solution un composé qui va faire précipiter le cuivre en une espèce insoluble, par exemple le dihydroxyde de cuivre Cu(OH)₂ ou l'oxyde de cuivre CuO. Le procédé est très simple, il consiste à basifier la solution, en lui ajoutant par exemple de la chaux ou de la soude. Il suffit ensuite de filtrer la solution pour que le précipité qui contient le cuivre sous forme insoluble soit récupéré sur le filtre. Cependant, l'eau qui résulte de cette opération est très basique et elle doit être neutralisée avant d'être rejetée dans le milieu naturel.

Pour retirer le cuivre par un procédé d'extraction, il faut un agent complexant (c'est-à-dire une molécule – appelée "ligand" – qui a une grande affinité pour le cuivre Cu²⁺ et qui va se lier à ce dernier). La substance résultant de cette "complexation" est appelée un "complexe" et elle possède généralement une plus faible solubilité dans l'eau que dans des solvants organiques. Il suffit alors de procéder à l'extraction du complexe hors de l'eau en ajoutant un solvant organique qui n'est pas soluble dans l'eau. Pour comprendre cette étape, il suffit de préparer de la sauce à salade: on verse de l'huile (l'équivalent du "solvant organique" dans notre extraction) et du vinaigre (l'équivalent de l'eau dans notre extraction) dans le saladier; l'huile et l'eau ne se mélangent pas car elles n'ont aucune affinité. Si, donc, on utilise un solvant organique qui ne se mélange pas à l'eau, on forme deux phases distinctes. Comme le complexe cuivre-ligand qui a été formé dans l'étape précédente est plus soluble dans le solvant organique que dans l'eau, il passe de la phase aqueuse vers la phase organique, ce qui réduit sa concentration dans l'eau. Au final, en répétant plusieurs fois l'opération, on arrive à extraire tout le cuivre (ou sa majorité) de l'eau et à le récupérer dans la phase organique. Cependant, l'opération nécessite de nombreuses étapes et l'eau finalement obtenue peut contenir des traces indésirables de solvant organique, ce qui n'est pas recommandé pour un rejet dans le milieu naturel.

L'élimination du cuivre par électrolyse consiste à placer des électrodes dans l'eau et à appliquer une tension et un courant suffisants pour que le cuivre ionique Cu²⁺ dissous dans l'eau se réduise (en captant des électrons fournis par l'une des électrodes) en cuivre métallique Cu, qui se dépose sur l'électrode. Le procédé est simple et rapide, mais il requiert une source d'électricité et il est donc coûteux. C'est par un procédé similaire qu'on procède par exemple au placage en or ou en métaux précieux de certaines surfaces métalliques (bijoux en or plaqué).