頭前溪濕地從竹東排水渠道引水，在進水口設置攔污柵攔截漂浮廢棄物，並經過沉澱減緩流速，使水中雜質進一步沈澱後，利用水流帶動水車轉動，將水引入濕地。水車揚水除了可以增加水體的溶氧、節省運轉所需能源外，本身更是創造濕地景觀的元素。
濕地內營造深淺不同的水域，種植不同的水生植物，並廣泛運用「浮島」幫助淨化水質，最終的生態池有豐富的生物多樣性，適合進行生態觀察和教育解說
頭前溪濕地共有五期工程，其中第一、二期每日可處理7,584公噸污水，所削減的污染包括生化需氧量（3.8毫克/公升削減至2.4 毫克/公升，每日約可移除9.1公斤）、懸浮固體（53.7 毫克/公升削減至18.7 毫克/公升，每日約可移除265.44公斤）等、氨氮（3.7 毫克/公升削減至3.1 毫克/公升，每日約可移除4.6公斤）、總磷（1 毫克/公升削減至0.4 毫克/公升，每日約可移除4.6公斤）等。