在水處理應用中，聚丙烯酰胺中的酰胺基團可以與許多物質親和形成氫鍵。高分子PAM在被吸附的粒子間形成“橋梁”，它還可以通過化學轉化或者共聚反應形成含有陰、陽、非以及兩性離子的完整絮凝劑體系。這些特性使得聚丙烯酰胺成為目前最重要、最理想的有機絮凝劑。聚丙烯酰胺在水處理中的應用主要包括原水處理、污水處理和工業水處理三個方向。
原水處理中，聚丙烯酰胺與活性炭等吸附劑結合使用，主要用來清理生活用水中的懸浮顆粒，使原水雜質凝聚，水質澄清。使用有機絮凝劑聚丙烯酰胺可以使凈水能力至少提高30%以上。目前是大部分大中城市廣泛采用的凈水藥劑。
污水處理中，聚丙烯酰胺則主要用來增加水的回用率，同時也經常被用做污泥脫水的藥劑。
在工業水處理中，聚丙烯酰胺主要用于配方藥劑。
目前聚丙烯酰胺在水處理行業的應用非常廣泛，在美國有43%的聚丙烯酰胺用于水處理領域，日本也達到30%。目前我國的工業、石油行業等也大規模的應用到聚丙酰胺來處理生產生活廢水。