สารน้ำมันที่มีอยู่ในน้ำเสียที่มีน้ำมัน ได้แก่ ปิโตรเลียมธรรมชาติ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ทาร์และสารแยกส่วน และน้ำมันและไขมันจากสัตว์และพืชที่กินได้ จากการปนเปื้อนของน้ำ โดยเฉพาะน้ำมันและทาร์ เนื่องจากความเข้มข้นของน้ำมันในน้ำเสียที่ปล่อยออกมาจากภาคอุตสาหกรรมต่างๆ แตกต่างกันอย่างมาก เช่น น้ำเสียที่ผลิตในกระบวนการกลั่น ปริมาณน้ำมันอยู่ที่ประมาณ 150 ถึง 1,000 มก./ล. ปริมาณทาร์ในน้ำเสียจากโค้กอยู่ที่ประมาณ 500 ถึง 800 มก./ล. และปริมาณทาร์ในน้ำเสียที่ปล่อยออกมาจากสถานีผลิตก๊าซอาจสูงถึง 2,000 ถึง 3,000 มก./ล. ดังนั้น การบำบัดน้ำเสียที่มีน้ำมันจึงควรใช้ดักไขมันก่อน เพื่อแยกคราบน้ำมันหรือน้ำมันหนัก ประสิทธิภาพการบำบัดอยู่ที่ 60%-80% ปริมาณน้ำมันในน้ำที่ปล่อยออกมาอยู่ที่ประมาณ 100-200 มก./ล. การบำบัดน้ำมันอิมัลชันและน้ำมันกระจายในน้ำเสียเป็นเรื่องยาก ดังนั้นควรป้องกันหรือลดการอิมัลชัน