石灰软化处理是将石灰乳［Ca（OH）₂］加入水中，与水中的硬度成分起反应，生成难溶的CaCO₃，或其他难溶的碱性物质［如Mg（OH）₂］，使其沉淀析出，以达到软化的目的。软化反应过程如下所示：

熟石灰加入水中，首先与CO₂起化学反应，然后再与Ca（HCO₃）₂以及Mg（HCO₃）₂起反应。但是Ca（OH）₂与Ca（HCO₃）₂和Ca（OH）₂与Mg（HCO₃）₂的反应产物不同，由于MgCO₃的溶解度比CaCO₃大得多，故要使Mg^2＋反应生成难溶的Mg（OH）₂才会沉淀出来，

所以石灰的消耗量也大，需增加一倍。当水中的碱度大于硬度时，此时水中含有钠盐碱度，例如NaHCO₃，因此，通常采用石灰－石膏软化法，在进行软化的同时，还可以降低水的钠盐碱度，反应如下：

石灰软化处理后，残留暂硬可达到0.4～0.8mmol/L，残留碱度达0.8～1.2mmol/L，残留铁<0.1mg/L；可除COD25％，除硅酸盐30％～35％。

虽然石灰软化除去硬度还不够彻底，操作条件也不大好，但由于石灰价格低廉，来源宽广，因此，常常被用于原水中碳酸盐硬度较高、非碳酸盐硬度较低，且又不要求深度软化的场所。