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 2011 pro Tag rund 674.000 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 ca. 9.500 km Länge mit ca 240.000 Anschlussleitungen zur Verfügung. Es wurde nach zwei verschiedenen Systemen, dem Misch- und dem Trennsystem, angelegt und besteht aus ca 4.300 km Schmutzwasser-, ca 1.900 km Mischwasser-, 3.300 km Regenwasserkanälen, sowie zahlreichen Sonderkanälen und Sonderbauwerken wie Regenüberläufe, Regenbecken und Dükeranlagen. Das dort gesammelte Abwasser wird mit Hilfe von 150 Pumpwerken über ein 1.180 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.
An den Pumpwerken existieren meist Notauslässe, über die bei technischen Defekten das Abwasser in die Vorfluter abgeleitet wird. Von den 74 Notauslässen führen 35 zur Spree, 13 zur Havel und 18 zum Teltowkanal; 5 führen zu stehenden Oberflächengewässern und 3 Notauslässe führen über Schmutzwasserkanäle zu anderen Pumpwerken Die Notauslasstätigkeit ist ebenfalls von Jahr zu Jahr sehr unterschiedlich. Im Schnitt kann von einer Menge von 20 000 m3 pro Jahr ausgegangen werden.