臭氧的应用主要在人为的灭菌消毒。这主要是臭氧有很强的氧化能力，臭氧在一定浓度下能与细菌、病毒、病原体等微生物产生生物化学氧化反映。臭氧又很高的能量，在常温、常压下很快自行分解为氧（O2）和单个氧原子（O），单个氧原子具有很强的活性，对细菌、病毒、病原体等微生物具有较强的氧化作用。细菌以蛋白质、RNA、DNA为主要成分，由多糖类、蛋白质、脂质等构成。病毒则是由蛋白质、RNA、DNA、所构成。要使细菌或病毒死亡以及不活性化，必须损伤其成分或加以破坏、分解。臭氧能够渗透到细菌或病毒中，使其变成酵素。而RNA、溶酶菌等物质会被分解，DNA则于受损后被击溃。臭氧能氧化分解细菌、病毒内部氧化葡萄糖所必须得葡萄糖氧化酶，并直接与细菌、病毒发生作用氧化并穿透其细胞壁，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌、病毒的新陈代谢和繁殖过程遭到破坏，而夺取细菌生命。同时还可以渗透细胞膜组织、侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞发生通透性畸变，导致细胞溶解性死亡，并将死亡菌体内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热源（内毒素）等溶解死亡。综观无菌技术对微生物作用的原理可分为抑菌型、杀菌和溶菌型三种。臭氧灭菌消毒属于溶菌型剂体，可以达到“彻底、永久地消灭物体内部所有微生物的目的”。而且它的作用是即刻完成的。 能够被臭氧杀菌后击退的微生物，如下所述。
▲ 病毒
流行性感冒病毒、疱疹病毒、B型肝炎病毒（HB）、人类免疫不全病毒（HIV，通称爱滋病毒）等。
▲细菌
革兰阴性菌（水中、菌体内毒素）、大肠菌、沙门氏菌、赤痢菌、霍乱弧菌、螺旋菌、绿脓菌、伤寒杆菌、弧菌、革兰阳性菌（土中、水底）、链球菌、葡萄球菌（MRSA）、芽孢杆菌属炭疽菌、破伤风菌、肉毒杆菌,各种霉菌等等。
▲真菌
深在性——念珠菌、隐球菌。
表在性——白癣菌、表皮菌、其他微菌类。
▲ 原虫
阿米巴原虫、弓桨虫、疟原虫。
臭氧的迅速灭菌效果决定于它的高还原电位，表二列出了人们常用的消毒物质氧化还原电位与臭氧的比较。
名称
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臭氧
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过氧化氢
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高锰酸离子
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二氧化氯
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氯
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分子式
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O3
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H2O2
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MnO2
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ClO2
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Cl2
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标准电极电位（EV）
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2.07
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1.78
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1.67
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1.50
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1.36
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