在水处理应用中，聚丙烯酰胺中的酰胺基团可以与许多物质亲和形成氢键。高分子PAM在被吸附的粒子间形成“桥梁”，它还可以通过化学转化或者共聚反应形成含有阴、阳、非以及两性离子的完整絮凝剂体系。这些特性使得聚丙烯酰胺成为目前最重要、最理想的有机絮凝剂。聚丙烯酰胺在水处理中的应用主要包括原水处理、污水处理和工业水处理三个方向。
原水处理中，聚丙烯酰胺与活性炭等吸附剂结合使用，主要用来清理生活用水中的悬浮颗粒，使原水杂质凝聚，水质澄清。使用有机絮凝剂聚丙烯酰胺可以使净水能力至少提高30%以上。目前是大部分大中城市广泛采用的净水药剂。
污水处理中，聚丙烯酰胺则主要用来增加水的回用率，同时也经常被用做污泥脱水的药剂。
在工业水处理中，聚丙烯酰胺主要用于配方药剂。
目前聚丙烯酰胺在水处理行业的应用非常广泛，在美国有43%的聚丙烯酰胺用于水处理领域，日本也达到30%。目前我国的工业、石油行业等也大规模的应用到聚丙酰胺来处理生产生活废水。