三氯化铁与水中的硫化氢（H2S），磷酸盐（PO4）、砷酸盐（AsO4）、以及氢氧化物碱度（OH）发生化学反应生成沉淀物。但是，在饮用水处理中，三氯化铁的主要作用是它与氢氧化物碱度作用后的生成物所具有的混凝剂和助凝剂的作用。
由于三氯化铁生成的矾花是离散的并且密实，所以沉淀快，在低温水中沉淀得也好。这种密实的矾花带正电荷多，所以与水中胶体微粒的作用强。由于三氯化铁水解生成物上的电荷量与其质量相比的比值大，故其对水中乳化的和半乳化的有机物（如油、脂肪和其他天然的和人工合成的有机物）的作用和吸附能力强，所以三氯化铁除水中总有机碳和消毒副产物的前驱物的能力强。
三氯化铁的水解生成物（既三氢氧化铁）与硫酸铁、硫酸铝、等硫酸盐的水解生成物不同，就物理性质而言，三氯化铁矾花颗粒的离散性强，比较密实，并且带正电荷多。相反，硫酸铁、硫酸铝水解生成的矾花颗粒的离散性弱，状如疏松的毛绒或浮云。很显然，这种情况是由于水解产物的结合形式不同造成的。此差异导致三氯化铁与硫酸盐型混凝剂的特性与功能上的差异。对自来水厂而言，欲获得同样的水处理效果，三氯化铁投加量与硫酸铝相比可减少30%（以无水物重量计）。