本发明涉及一种通过冷冻相变进行高盐水淡化及污水处理的工艺，包括如下步骤：1）将待处理原水浓缩成高浓度盐水；2）高浓度盐水的冷冻，得到冰水混合物；3）冰水混合物的分离，得到淡水冰和电解质母液；4）淡水冰的热交换和电解质母液的循环制冷以及电解质液母液中电解质的分步结晶；5）结晶后的电解质母液的固液分离。本发明利用冷冻时溶剂水结晶及溶质浓缩后分步结晶，将溶剂水与溶质分离，该工艺可实现任何含电解质水母液与溶质的分离，解决由反渗透等法产生的高盐度、易结垢盐水的淡化及污水中淡水的提纯分离问题，而且对原水的水质要求低，不需要进行额外地前处理。