Avant la dépollution du sol proprement dite, on étudie généralement la nature et l’origine de la pollution, de manière à mieux cerner les produits mis en cause et le volume de terre à traiter :

• Historique du site et des activités qu’il a supportées
• Carottage et étude physico-chimique des polluants rencontrés
• Évaluation en laboratoire de différentes méthodes et processus de dépollution
• Bilan et plan de dépollution en fonction, de l’occupation future du site

Les méthodes de dépollution du sol peuvent se classer en trois catégories : hors-site, sur-site et in-situ. Les deux premières nécessitent en général l’excavation de la terre à traiter, la dernière se fait sur place en installant sur le site le procédé de dépollution.

Un dernier type d’action existe : le confinement, mais ne constitue pas à proprement parler une action de dépollution. On se contente d’empêcher les polluants de migrer en interposant des barrières étanches (géomembranes, murs de béton, couche d’argile, etc.) entre le milieu pollué et le milieu sain. Cette méthode est utilisée lorsque les autres sont inopérantes, et dans l’attente de trouver une technologie adaptée pour mener à bien un véritable traitement du site.

• Dépollution par remplacement : Historiquement, il s’agit de la première méthode employée : on décape le sol contaminé sur toute l’épaisseur polluée. On remplace la terre enlevée par de la terre saine prélevée ailleurs.
• Dépollution physico-chimique : L’injection dans le terrain d’un liquide ou d’un gaz sous pression susceptible de dissoudre le ou les polluants peut être utilisée lorsque ces derniers sont connus. On peut alors retraiter sur place, de manière progressive, les terres souillées.
• Extraction par aspiration : Adaptée aux terrains sableux et peu chère, pour les polluants volatils et semi-volatils (hydrocarbures notamment) : le terrain est mis en dépression par une pompe à vide, les vapeurs sont traitées par oxydation catalytique, condensation par réfrigération ou adsorption par du charbon actif. De traitement est mobile pour parcourir le site.
• Extraction par injection : Lors de l’application de la méthode dite de venting, on injecte sous pression de l’air, de l’azote ou de la vapeur.
• Traitement par flottation (en anglais Froth Flotation) : Il s’agit d’une technique physico-chimique qui s’intègre dans un système de lavage de sol. Après extraction, la terre est tamisée ; on lui ajoute de l’eau et des agents tensioactifs. Les bulles d’air injectées dans le mélange “transportent” les phases contenant les polluants par affinité hydrophobe. Cette méthode couvre la plupart des polluants à divers degrés.
• Extraction électrique : Adaptée principalement aux polluants ionisés : métaux lourds, certains ions organiques. La nature du terrain est peu importante pourvu que sa conductivité soit bonne (grâce à la présence d’eau par exemple). Des électrodes poreuses sont implantées de manière à générer un courant électrique dans le sol qui fait migrer les ions vers les électrodes de charge opposées. 
• Extraction par chauffage : Adaptée aux polluants facilement convertibles en dioxyde de carbone et en eau, comme les hydrocarbures. La terre est excavée, broyée et passée dans un four entre 600 et 800 °C après retrait des plus gros objets. Les vapeurs de cuisson doivent ensuite être retraitées, car elles peuvent contenir des composés soufrés ou nitreux toxiques.
• Lavage du sol : Différentes variantes existent : le lavage peut être fait à haute pression, à pression normale, sur site ou hors site. L’objectif est de séparer les particules les plus fines dans lesquelles sont principalement concentrés les polluants (lavage haute pression à l’eau), ou de capturer ces polluants dans une solution liquide (eau, acide). Le lavage in-situ à haute pression reste cependant limité dans son application à des zones de faible taille, la pression de l’eau diminuant rapidement avec la distance à la buse d’injection.