Koagulasi adalah proses destabilasi partikel koloid dengan menambahkan senyawa koagulan. Koloid mempunyai ukuran tertentu sehingga gaya tarik menarik antar partikel lebih kecil daripada gaya tolak menolak akibat muatan partikel. Dengan ditambahkannya koagulan, akan memperkecil gaya tolak menolak antar partikel dan membuat koloid bergabung menjadi besar.
Pengurangan potensial elektrostatis yang terjadi dalam proses koagulasi bisa disebut dengan destabilisasi. Mekanisme proses destabilisasi ini terdiri dari beberapa langkah antara lain :
1. Pengurangan muatan permukaan partikel dengan menekan lapisan muatan ganda (double- change layer).
Penambahan ion ke dalam air akan meningkatkan kekuatan ionik dan menurunkan gaya tolak. Dengan penambahan garam ke dalam air, muatan koloidal tidak dikurangi secara signifikan, tetapi hanya memperkecil jarak muatan dari permukaan partikel, sehingga lapisan ganda dapat berkurang.
2. Netralisasi muatan dengan adsopsi ion yang berlawanan muatan
Proses ini dilakukan dengan penambahan bahan kimia untuk proses destabilisasi. Penambahan ion yang muatannya berlawanan dengan ion koloid dapat menyebabkan netralisasi lapisan tunggal dari koloid. Netralisasi muatan terjadi saat koagulan ditambahkan secara berlebihan.
3. Penggabungan antar partikel dengan polimer 15.
Polimer-polimer yang mengandung situs aktif sepanjang rantainya dapat menyebabkan adsorbsi koloid. Koloid akan terikat pada beberapa situs sepanjang rantai polimer.
4. Penjebakan oleh flok
Saat sejumlah koagulan ditambahkan ke dalam air, maka akan membentuk flok yang akan mengendap. Karena flok besar dan tiga dimensi, maka koloid akan terjebak di dalam flok, dan akhirnya ikut mengendap.Untuk suspensi encer laju koagulasi rendah karena konsentrasi koloid yang rendah sehingga kontak antar partikel tidak memadai, Bila digunakan dosis koagulan yang terlalu besar akan mengakibatkan restabilisasi koloid. Untuk mengatasi hal ini, agar konsentrasi koloid berada pada titik dimana flok-flok dapat terbentuk dengan baik, maka dilakukan proses recycle sejumlah settled sludge sebelum atau sesudah rapid mixing dilakukan. Tindakan ini dapat dilakukan untuk meningkatkan efektifitas pengolahan.