臭氧对无机物的氧化：臭氧能与水中的二价铁、锰离子等发生反应，使溶解性的铁、锰变成固态物质，以便通过沉淀和过滤除去；常规的水处理对氰化物的去除效果不大，而臭氧则能很容易地将氰化物氧化成毒性小倍的氰酸盐；臭氧可以将工业废气中难溶于水的NO氧化成易溶于水的N2O5等高价态氮氧化物，从而达到脱除的目的。

臭氧对有机物的氧化：臭氧能够与蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素、腐蚀质等发生反应，可应用于化工氧化；在水处理中，臭氧使水中的悬浮固体、胶体杂质、极微颗粒、大分子有机物发生分解、裂变、聚合等一系列反应，形成絮体并从水中析出，对降低水中COD、BOD等都具有显著的效果。