臭氧（O₃）是氧气(O₂)的同素异形体，它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。分子结构呈三角形，键角为116°，其密度是氧气的1.5倍，在水中的溶解度是氧气的10倍。臭氧是一种强氧化剂，它在水中的氧化还原电位为2.07 eV，仅次于氟（2.5eV），其氧化能力高于氯（1.36eV）和二氧化氯（1.5eV），能破坏分解细菌的细胞壁，很快地扩散透进细胞内，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏细胞、核糖核酸（RNA），分解脱氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。细菌被臭氧杀死是由细胞膜的断裂所致，这一过程被称为细胞消散，是由于细胞质在水中被粉碎引起的，在消散的条件下细胞不可能再生。应当指出，与次氯酸类消毒剂不同，臭氧的杀菌能力不受PH值变化和氨的影响，其杀菌能力比氯大600-3000倍，它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的，在水中臭氧浓度0.3 - 2 mg/L时，0.5 - 1min内就可以致死细菌。达到相同灭菌效果（如使大肠杆菌杀灭率达99%）所需臭氧水药剂量仅是氯的0.0048%。

臭氧对酵母和寄生生物等也有活性，例如可以用它去除以下类型的微生物和病毒。

①病毒 已经证明臭氧对病毒具有非常强的杀灭性，例如Poloi病毒在臭氧浓度为0.05 - 0.45 mg/L时，2 min就会失去活性。

②孢囊 在臭氧浓度为0.3 mg/L下作用2.4 min就被完全除掉。

③孢子 由于孢衣的保护，它比生长态菌的抗臭氧能力高出10 - 15倍。

④真菌 白色念珠菌（candida albicans）和青霉属菌（penicillium）能被杀灭。

⑤寄生生物（如螨虫）在3 min后被杀灭。

⑥可以迅速杀灭空气中的大肠杆菌，金葡萄球菌，白色念珠菌等病菌。

⑦可以分解空气中的臭味，烟味，浓香水味。

此外，臭氧还可以氧化、分解水中的污染物，在水处理中对除嗅味、脱色、杀菌、去除酚、氰、铁、锰和降低COD、BOD等都具有显著的效果。

应当注意，虽然臭氧是强氧化剂，但其氧化能力是有选择性的，像乙醇这种易被氧化的物质却不容易和臭氧作用。