臭氧和氯的氧化還原電位分別為2.07V和1.36V。 因此，臭氧的氧化性僅次于羥基自由基?OH和氟。 它是一種氧化劑和殺菌劑，具有比氯更強的特性。 用于水處理 可用作氧化劑或消毒劑。
用作消毒劑進行消毒時，其殺菌除病毒效果較好，接觸時間較短。 例如臭氧達到一定的消毒效果，其用量與接觸時間的乘積為5，而要達到同樣的效果，氯用量與接觸時間的乘積為1440。臭氧消毒的最大特點是 當水中含有有機物時，不會產生氯消毒時容易產生的有機氯化物等有毒物質。 而且，由于臭氧的強氧化力，不僅能殺菌，還能去除水中的色、味等有機物，即具有殺菌、除臭、脫色、除酚等多種功能。 由于其分解迅速，無殘留物質，特別適用于以微污染地表水為水源的飲用水消毒和污水深度處理出水的消毒。
利用臭氧的強氧化性，可以將污水中的Fe2、Mn2等金屬離子氧化成更高或最高氧化態，加堿形成更難溶的氫氧化物沉淀，從水中去除。 當廢水中含有氰化物、硫化物、亞硝酸鹽等有毒和還原性無機物時，可用臭氧氧化將其氧化成CO2、N2O、SO42-、NO3-等無毒或毒性較小的物質。
與有機物反應時，臭氧氧化可引起不飽和有機分子破裂，發生臭氧分解。 也就是說，臭氧分子在極性有機分子的原始雙鍵位置發生反應，將其分子分裂成兩個羧酸分子。 臭氧化物的自發分裂產生羧基化合物和具有酸性和堿性基團的兩性離子。 后者不穩定，可分解成酸和醛。 因此，在廢水處理領域，臭氧的性質已被廣泛用于處理一些難生物降解的有機廢水，作為二次生物處理的預處理。 UV/臭氧光化學系統可以促進臭氧分解產生氧化能力更強的?OH自由基，從而提高臭氧的氧化速度和效率，實現有機物的徹底礦化處理。 例如，這種系統在處理含二甲苯的廢水時，可以將二甲苯完全氧化成無毒的水和二氧化碳。
