Existen cuatro procesos fundamentales involucrados en la generación de contaminación difusa aportada por las aguas lluvias urbanas:

Lavado Atmosférico:
La lluvia lava y arrastra las partículas y contaminantes suspendidos en la atmósfera. Este proceso de lavado hace que las aguas lluvias que precipitan sobre las grandes ciudades puedan llegar al suelo con una cantidad no despreciable de contaminación

Acumulación Superficial:
Durante los períodos secos la superficie urbana se comporta como un gran recipiente de residuos, basura, polvo y suciedad proveniente de las más diversas fuentes, tales como la deposición atmosférica, la basura arrojada, el deterioro de la infraestructura urbana, las emisiones de aceites y gasolinas de los automóviles, residuos vegetales de ferias libres y hojas durante el otoño. Todo el material que no es removido por los programas de limpieza y lavado de calles es finalmente arrastrado por el escurrimiento de las aguas lluvias hacia los medios acuáticos receptores. I

Lavado Superficial:
La lluvia al caer sobre las superficies urbanas impermeables produce un intenso escurrimiento superficial que lava las mismas superficies y arrastra los contaminantes previamente acumulados en ella hacia los medios acuáticos receptores. Diferentes tipos de superficies urbanas pueden producir distintos tipos de contaminación.

Por ejemplo, los techos pueden ser una importante fuente de zinc, así como los estacionamientos y autopistas pueden ser una fuente considerable de hidrocarburos y metales pesados. Debido a las características propias del proceso de lavado superficial, el escurrimiento de la primera parte de las tormentas puede ser significativamente más contaminante que el escurrimiento final. Este fenómeno se conoce como lavado inicial y se debe a que la mayor parte de los contaminantes acumulados en la superficie urbana son rápidamente lavados al comenzar la lluvia. También las primeras lluvias de la temporada suelen ser más contaminadas que el resto debido a que las ha precedido un extenso tiempo seco en el cual se han acumulado los contaminantes.

Erosión:
La lluvia al caer sobre superficies permeables sin protección vegetal, erosiona el terreno natural produciendo una gran cantidad de sedimentos que son arrastrados aguas abajo. La erosión urbana genera problemas de pérdida de suelo y problemas de sedimentación y colmatación de los sistemas de drenaje, juega además, un papel muy importante en el aporte de contaminantes por el mal estado las calles, veredas y jardines, y por la existencia de sitios en construcción y terrenos desnudos.