高氟地下水化学处理的基本原理是根据氟的两个基本性质，即氟与其他元素存在配合趋势和胶体类物质对氟元素具有吸附作用，前者是指氟元素主要能与铝、钙、镁等元素有形成配合物的趋向，且形成的含氟配合物化学性质稳定，水解和电离均较弱，能有效降低氟对人体健康的危害；后者是指地理环境中一些具有吸收性能的物质如黏粒、黏土矿物、Al（OH）3、有机质等对环境中的氟离子具有吸着而使氟富集的性能，对空气中氟化物的吸附是分子吸附，而对溶液中氟的吸附则主要是离子交换吸附形式，其中以羟基OH-与F-的交换最为普遍。
1.含铝物质对高氟地下水的化学处理
铝是研究区普遍存在的一种元素，对广大高氟改水存在一定局限性的农村地区而言，使用铝物质降低饮用水中氟含量简便可行，可在高氟地下水区广泛使用，其中铝与氟的化学反应过程如下：
（1）铝离子与重碳酸盐反应生成氢氧化铝矾花：
河南省地下水中氟的分布及形成机理研究
（2）生成的氢氧化铝在混凝过程中与氟离子反应：
河南省地下水中氟的分布及形成机理研究
目前常用的含铝物质包括硫酸铝Al2（SO4）3·18H2O、明矾KAl（SO4）2·12H2O、三氯化铝AlCl3·6H2O、碱式氯化铝［Al2（OH）nCl6-n］m及活性氧化铝Al2O3等。上述物质均具备稳定的降氟效果，但高氟地下水经过处理后易残留一定量的Al3+、
2.含钙物质对高氟地下水的化学处理
石灰石在广大农村地区较为常见，这也是石灰石可作为广大氟病区中降低饮用水氟含量的基础，其原理是根据水中的CaCO3沉淀可作为载体使CaF2沉淀下来以达到降氟的目的，而氧化镁作为降氟化学药剂的功能跟石灰石类似，同样是先与水形成氢氧化镁沉淀后使氟一起沉淀下来，其中钙与氟的化学反应过程如下：
河南省地下水中氟的分布及形成机理研究
用含钙物质进行高氟地下水的化学处理的应用范围有限，仅限于高浓度氟的工业污水处理或氟含量为6～10mg/L的高氟地下水，同时必须在降氟过程中通入CO2气体，因此对研究区的广大氟病村而言并不适宜，但可以作为供水水源地的化学处理方法。
3.含羟基物质对高氟地下水的化学处理
含有羟基的物质种类较多，包括天然沸石、骨粉、蛇纹石、胶泥等各种有机物质。其基本原理是受到胶体物质对氟吸着作用的影响，其中溶液对氟的吸附主要体现为离子交换吸附，并以羟基OH-与F-的交换为主要形式，化学反应过程在天然沸石及骨粉骨炭的降氟作用下体现得最为明显：
（1）天然沸石与氟离子的离子交换吸附过程：
河南省地下水中氟的分布及形成机理研究
式中：Mn+表示阳离子，化合价一般为1～3价。
（2）骨粉与氟离子的离子交换吸附过程：
河南省地下水中氟的分布及形成机理研究
羟基物质的化学处理对水质的影响程度较前两者要轻，虽存在一定程度的残留污染离子，但降氟效果比较稳定，且上述降氟的物质在高氟地下水区易于得到，尤其较适合在僻远的农村高氟地下水区推广使用。
4.电化学方法中的膜分离技术
膜分离技术的基本原理是在外力的作用下，通过离子交换膜，将包括氟离子在内的阴离子与水中阳离子或溶剂进行分离，从而达到去除水中氟离子的目的。根据外力作用的不同形式，如电场或外加压力的作用可分为电渗析及反渗透两种类型，虽处理效果较好，且适合处理含多种有害成分的污染水，如反渗透系统对水质极差的SO4·Cl-Na·Mg型和SO4·Cl-Na型苦咸水中的溶解性总固体、总硬度、铁、锰、钙、镁、钾、钠、硫酸盐、氯化物、二氧化硅等无机盐的去除率达到96%～100%；总硬度、氯化物、硫酸盐、溶解性固体等指标去除率仍大于98%，出水水质优于国家和世界水质标准，但两者处理成本均很昂贵，设备投资大，因此对研究区而言，广大高氟地下水病村并不具备应用膜分离技术的条件，仅在为城镇提供饮用水水源时，可在饮用水处理厂使用该套设备对饮用水进行水质处理。
上述四类饮用水化学处理方法虽各具有不同特点，但均存在一些不足之处：
（1）化学处理的基本原理均与氟元素本身的物理化学性质有关，如铝、钙与氟的反应是由氟与上述元素的配合趋势决定的，而含有羟基的物质则由氟能被胶体物质吸附决定，尤其在溶液中的离子交换吸附以羟基和氟离子两者的交换吸附为主，这在含氟矿物的物质组成中体现较为明显，如在一些含羟基的硅酸盐和含羟基的铝硅酸盐中固定有大量的氟，原因是羟基被氟离子所替换，这在角闪石和云母族等矿物中较为普遍；而电化学处理的原理是由氟离子的离子类型决定，其离子交换膜及外力作用只是该处理方法的外部因素。
（2）在含铝、钙或羟基三种物质的化学处理方法中，处理后的高氟地下水不同程度残留有害离子，这不能满足研究区人民群众日常饮用水水质要求，因此往往要对高氟地下水进行二次处理才能使水质符合饮用标准；电化学法虽然效果较好，并不会产生二次污染的问题，但成本昂贵，使应用范围受限。