臭氧的氧化能力大大优于一般氧化剂，是迄今为止所发现的强的氧化剂，在低于室温的情况下，仍然能保持其强大的氧化反应能力。它可以氧化难以破坏的有机物，可以氧化难以杀灭的病菌和难以灭活的病毒，其生成物中不存在致癌和可以致癌的有机卤化物；臭氧的氧化速度很快，反应完全；剩余的臭氧能迅速还原为氧，而且只能还原为氧。臭氧主要依靠其强大的氧化作用来杀菌。它能氧化分解细菌的葡萄糖氧化酶，脱氢氧化酶，还可以直接与细菌发生作用，破坏细菌物质代谢的氧化还原过程，造成细菌死亡。因此，臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体与芽胞、病毒、真菌、原虫包囊等，并可破坏肉毒杆菌毒素。

利用臭氧对饮用水进行杀菌消毒的效果为理想；灭杀致病菌的效果；病毒其次；包囊和芽胞菌其后。而且臭氧在水中杀菌速度较目前普遍使用的氯化物类杀菌速度要快600～3000倍。氯的杀菌作用是进行性的；而臭氧是急速的，当臭氧的浓度一旦达到所需要的阈值后，杀灭作用瞬间发生。例如：

1.1对大肠杆菌：用0.1mg/L活性氯需要处理4分钟；而同样剂量的臭氧只需5秒钟。

1.2对脊髓灰质炎病毒：用0.5～1.0mg/L（余氯量）需要处理1.5～3.0小时；而用臭氧只需0.045～0.45mg/L（剩余臭氧量）作用2分钟。也有报道0.1～0.2mg/L的臭氧一秒钟就可灭杀水中99％的脊髓灰质炎病毒。

1.3用0.5～1.0mg/L浓度的臭氧作用1～3分钟可灭杀水中99％的阿米巴囊虫。

1.4用59～728mg/L浓度的臭氧作用30～90分钟，可灭杀水中的全部枯草杆菌芽胞。

1.5用50mg／L浓度的臭氧作用10分钟，可灭杀各类微生物率达99.99～100％。

利用臭氧对密闭的空间内的空气和内容物进行消毒，其效果也很好。由于是通过气体的对流和接触进行消毒工作的，所以消毒完全，无死角，且无残留余毒。应注意的是这种方法只能对物体的表面进行杀菌；对于物体的内部无能为力。在用臭氧熏蒸消毒时，相对湿度高则杀菌效果好；否则效果差，对于干燥菌体几乎无灭杀作用。

和紫外线消毒法相比，臭氧消毒法要好的多。由于紫外线消毒法是以辐射杀菌为消毒的主要手段，随着紫外线传播距离的增加其照射强度会逐渐减弱；另外紫外线灯所产生的臭氧很少；因此紫外线照射不到的地方其杀菌效果不理想，一般都达不到杀菌的要求。