臭氧化學反應中絕大多數反應屬於氧化還原反應，因此臭氧可以和幾乎所有物質發生反應，尤其是各種細菌、病毒等。臭氧在水中消毒的原理是臭氧在水中發生氧化還原反應，產生氧化能力極強的單原子氧（O）和羥基（OH），水中微生物菌體既與溶解水中的臭氧直接反應，又與臭氧分解生成之羥基OH的間接反應。羥基（OH）是強氧化劑、催化劑，可使有機物發生連鎖反應，反應十分迅速，對各種致病微生物有極強的殺滅作用。單原子氧（O）也具有強氧化能力，對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。
臭氧殺菌機理以氧化作用破壞微生物膜的結構實現殺菌作用。臭氧首先作用於細胞膜，使膜構成成份受損傷而導致新陳代謝障礙，臭氧繼續滲透，穿透膜而破壞膜內脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡。而臭氧殺滅病毒則認為氧化作用直接破壞其核糖酸DNA物質而完成的，屬於溶菌性殺菌過程，相當徹底。
臭氧氣體在空間中可以消除空氣和物品的黴菌、異味，並能降解有害物質，分解甲醛、苯系物、硫化物、一氧化碳、乙烯等，使其氧化，轉化為無害物質。
所有臭氧化學反應的最終產物均為H2O、CO2、O2等。同時，作為暫態（需要依靠外加能量才能存在的物質狀態）存在的臭氧，當外加電場停止提供能量後，經過一定時間（半衰期）的揮發，臭氧本身會分解還原成為自然界中存在的氧氣，成為沒有二次污染的消毒方式。
臭氧的應用
殺菌消毒
對細菌繁殖體：對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌、福氏痢疾桿菌等均有效果
對細菌芽孢：對枯草桿菌變種芽孢等有效
對病毒：對乙型肝炎表面抗原、甲型肝炎表面抗原、甲型流感病毒等有效
對真菌：對雜色曲黴、桃色擬毒黴、臘葉枝孢黴、青黴菌、黑曲黴等有效
對原蟲：對鞭毛蟲、隱孢子蟲卵有效
廣譜殺菌：對細菌、病毒、黴菌、真菌、原蟲等都有滅活效力，屬於溶菌性作用原理
解毒
降解重金屬離子、有機毒物及敵敵畏、氧化樂果、馬拉硫林等農藥
防腐保鮮
在產生臭氧的同時，產生大量負氧離子，可以抑制果蔬呼吸，延緩衰老；殺滅病原菌，分解催熟成分——乙烯、醇類、醛類等物質，防止腐爛，可適當延長儲存期3～5倍
除臭、除異味
臭味來源為氨、硫化氫、甲硫醇、二甲硫化物、二甲二硫化物等，臭氧可以與其發生化學反應，從而分解上述物質，達到除臭效果。
日常生活領域
1、空氣除臭、消毒、殺菌，去除有害氣味，殺滅傳染病菌及病毒。
2、飲用水消毒：殺死微生物、病菌，去除有機毒物。
3、廚房用具、餐具、玩具、衣物殺菌：殺滅細菌、提高洗滌後的防菌效果。
4、果蔬解毒、保鮮：用臭氧型冰箱儲藏或用臭氧水洗滌果蔬可殺菌、延長保質期。
5、防止感染：用低濃度臭氧水洗手可防止病菌傳染。
6、治療某些皮膚病、消除口臭：經常浸泡臭氧水，可以殺滅真菌引起的皮膚病。
7、醫學美容領域：適當皮膚熏蒸，可以達到延緩衰老作用。
醫療衛生領域
1、醫院空間消毒
2、醫生、護士手術前消毒
3、醫療器具消毒
4、尖端科技應用：治療外傷或骨質增生等
5、治療傳染型病毒：如非典病毒、肝炎、感冒等
果蔬保鮮領域
在臭氧產生過程中伴隨著大量的負離子產生，兩者共同作用可以延緩果蔬衰老、提高存儲期。同時，臭氧可應用於凈菜加工環節，降低農藥殘留。
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