במונחים של עקרונות טכניים, מטהרי מים משטחים משתמשים בדרך כלל במערכת סינון רב-שלבית הכוללת שלבי טיפול מקדים, סינון ליבה ושלבי-אחרי טיפול. שלב-הקדם מסיר בעיקר זיהומים חלקיקים גדולים-כגון משקעים וחלודה-כדי להגן על מחסניות מסננים במורד הזרם מפני נזק. שלב סינון הליבה משתמש בטכנולוגיות מתקדמות כמו אוסמוזה הפוכה, אולטרה סינון או ננו סינון כדי להסיר ביסודיות חיידקים, וירוסים, יוני מתכות כבדות וחומרים אורגניים מומסים. לבסוף, בשלב שלאחר הטיפול- נעשה שימוש בחומרים כמו פחם פעיל כדי לספוח עוד יותר ריחות ושאריות כלור, ובכך לשפר את טעם המים.
