Durch Niederschläge und Abwässer aus privaten Haushalten, öffentlichen Einrichtungen, Industrie und Gewerbe und Abflüssen von öffentlichem Straßenland fallen in Berlin große Mengen Regen- und Abwasser an, die abgeleitet und ggf. gereinigt werden müssen. In den Klärwerken wurden 2008 pro Tag rund 645.000 m3 Abwasser aus Haushalten, Gewerbe und Industrie, öffentlichen Einrichtungen sowie Regenwasser aus Berlin und dem Umland behandelt. Diese Menge entspricht gut 8 m3/s und damit einem Drittel des Abflusses der Spree bei mittlerer Wasserführung. Mit dem in Berlin anfallenden Abwasser könnte der Große Wannsee in einer Woche gefüllt werden.
Zur Abwasserableitung steht ein von den Berliner Wasserbetrieben unterhaltenes Kanalnetz von insgesamt 9.360 km Länge mit 233.000 Anschlussleitungen zur Verfügung. Es wurde nach zwei verschiedenen Systemen, dem Misch- und dem Trennsystem, angelegt und besteht aus 4.178 km Schmutzwasser-, 1.902 km Mischwasser-, 3.212 km Regenwasserkanälen, sowie zahlreichen Sonderbauwerken wie Regenüberläufe, Regenbecken und Dükeranlagen. Das dort gesammelte Abwasser wird mit Hilfe von 145 Pumpwerken über ein 1.120 km langes Abwasserdruckrohrnetz den Klärwerken zugeführt.
Die Mischwasserkanalisation entstand 1873 nach einem Entwurf von James Hobrecht und entwässerte das damalige Berlin. Die bis 1920 selbständigen Städte und Gemeinden um Berlin legten ihre Kanalisation dagegen hauptsächlich nach dem Trennsystem an. Nach der Eingemeindung wurden die Anlagen zum heutigen System zusammengefasst. Die Entwässerungsgebiete sind nach Flussläufen und Schifffahrtskanälen ausgerichtet und folgen den unterschiedlichen Höhenverhältnissen. Die Grenzen der Entwässerungsgebiete verlaufen unabhängig von den Stadtbezirksgrenzen. Etwa drei Viertel der kanalisierten Gebiete in Berlin werden nach dem Trennsystem und ein Viertel nach dem Mischsystem entwässert.
Trennsystem
Im Trennsystem werden Schmutzwasser und Regenwasser in zwei voneinander getrennten Kanalisationsnetzen abgeleitet. In den Schmutzwasserkanälen gelangt das häusliche, gewerbliche und industrielle Abwasser zu den Pumpwerken. Von hier wird es über Druckrohrleitungen zu den Klärwerken, Ruhleben, Münchehofe, Schönerlinde, Waßmannsdorf, Wansdorf und Stahnsdorf geleitet. Das gereinigte Abwasser der Klärwerke wird in die Gewässer eingeleitet. Die Klärwerke Marienfelde und Adlershof sind seit 1990 stillgelegt, das Klärwerk Falkenberg ging 2003 außer Betrieb.