臭氧的应用主要是灭菌消毒。这主要是因为臭氧有的氧化能力，臭氧在一定浓度下能与细菌、病毒、病原体等微生物产生生化反应。臭氧具有很高的能量，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。
臭氧杀菌机理以氧化作用破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧作用于细胞膜，使膜构成成份受损伤而导致新陈代谢障碍，臭氧继续渗透穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。而臭氧灭活病毒则认为氧化作用直接破坏其核糖核酸RNA或脱氧核糖核酸DNA物质而完成的。
臭氧能氧化分解细菌、病毒内部氧化葡萄糖所的葡萄糖氧化酶，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，而夺取细菌病毒的生命。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“、地消灭物体内部所有微生物的目的”，不仅这样而且它的作用是瞬间完成的。
臭氧与消毒剂比较： 臭氧作为广谱无残余污染的气体消毒剂比食品行业常用的消毒剂（如过氧乙酸、高锰酸钾、甲醛、二氧化硫）等具有特殊的性臭氧会自行分解为氧气，不产生残余污染，消毒后不需通风换气。常规消毒均需通风换气或化学中和，麻烦而又降低消毒效果。
生活中，衣物、鞋袜的臭味，也可以用通过臭氧除臭，衣服漂洗结束后，可以用臭氧水浸泡几分钟，去除衣物残留的异味。如果在洗衣服过程中使用臭氧，臭氧会分解洗衣液(洗衣服)，影响洗涤效果，所以建议在漂洗结束后再用臭氧水浸泡。相关阅读：小型臭氧发生器在我们日常生活中的应用非常广
家用除臭，通常能除去生活环境中的烟味、油烟味、其他食物饮料散发的味道也能去除。通常，采用5克左右的臭氧发生器，工作20分钟，能100平米的家居环境除臭的效果。家居除臭主要的场所在厕所、厨房、客厅(饭厅)。因为臭氧输入气体，可以用风扇轻松将臭氧送到除臭区域。整体来说，臭氧的需要量较小，效果快，除臭时短。
臭氧机除臭的强大，主要体现在废水、废气处理中。例如污水处理，废气处理，都离不开臭氧。污水、废气要达到标准，肯定是不能有异味的。恶臭难闻的水，达不到排放标准的。臭氧在废水、废水处理中，除臭只是其中的功能之一。
臭氧机是牛仔布洗水方法之一，能够起到消毒、漂白、脱色的作用。臭氧法的作用原理是利用臭氧的强氧化性，破坏牛仔布表面的发色和助色基团，从而达到脱色的目的，对布面产生漂白的效果。
臭氧对不同的有机染料作用是不同的，对碱性染料脱色90%需要5分钟，而对直接染料则需要5-10分钟。臭氧与染料反应时，生成水和二氧化碳，臭氧本身在空气中被还原成氧气，整个过程与其他方法对比更为环保。臭氧并不稳定，受温度影响容易分解，因此温度把控需比较严格。在10℃左右，臭氧机氧化漂白的效率较高，且对碳水化合物的降解速度相对较低，故反应通常在常温状态下进行。
