臭氧是强氧化剂, 氧化电位高, 此类元素能强烈地吸引电子，氧化对方，还原自己。有机废水中含有重氮、偶氮或带苯环的环状化合物等发色基团，臭氧的强氧化特性，能够破坏构成发色基团的苯、萘、蒽等环状化合物，从而使废水脱色。臭氧氧化脱色反应迅速，流程比较简单，没有二次污染，不足的地方，臭氧设备耗电量大，处理成本偏高。

臭氧是一种强氧化剂，它的氧化能力在天然元素中仅次于氟。臭氧在污水处理中可用于除臭、脱色、杀菌、消毒、降酚、降解COD、BOD等有机物。

臭氧在水溶液中的强烈氧化作用，不是O3本身引起的，而主要是由臭氧在水中分解的中间产物·OH基及HO2基引起的。很多有机物都容易与臭氧发生反应。例如臭氧对水溶性染料、蛋白质、氨基酸、有机氨及不饱和化合物、酚和芳香族衍生物以及杂环化合物、木质素、腐殖质等有机物有强烈的氧化降解作用；还有强烈的杀菌、消毒作用。