1.氧化无机物
臭氧能将水中的二价铁、锰氧化成三价铁及高价铁，使溶解性的铁、锰变成固态物质，以便通过沉淀和过滤除去。其反应式如下：
2fe2++o3+3h2o→2fe(oh)3 3mn2++203→3mno2 3mn2++4cn3→3mno4
氰酸跟在碱性或酸性条件下，都能进行水解，而转化成氮化物，其反应式如下：
cno-+oh-+h2o→co32-+nh3 nh3+3o3→2no3+3h2o
在酸性条件下cno-+2h++h2o→co2↑+nh4+ 3nh4++5o3→3no3-+6h20
臭氧是强氧化剂能将氨氧化成硝酸盐，臭氧还能将水中的硫化氢氧化成硫酸，从而减轻了水中的臭味。
2.氧化有机物
臭氧能够氧化许多有机物，如蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素、腐蚀质等，目前水处理中，采用codc和bod5作为测定这些有机物的指标，臭氧在氧化这些有机物的过程中，将生成一系列中间产物，在氧化的同时产物会更高，为了很好降解必须投加足够的臭氧产量，以使有机物氧化*，才能转化为无机物。尤其水中含有酚类化合物时，臭氧处理可以去除酚所产生的恶臭。其次，如表面活性剂(abs等)，微生物使其分解，而臭氧却很容易氧化分解这些物质。
3.消毒
臭氧是非常有效的杀菌剂。各种常用消毒的效果按以下：
o3>clo2>hocl>ocl>nhcl2>nh2cl研究显示，臭氧杀菌效果好、速度快，而且对消灭病毒也很有效。影响臭氧氧化的主要因素有水温、ph值、悬浮物浓度、臭氧浓度、臭氧投放量、接触时间和剩余臭氧等。