臭氧发生器杀菌机理以氧化作用破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，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。而臭氧杀灭病毒则认为氧化作用直接破坏其核糖酸DNA物质而完成的，属于溶菌性杀菌过程，相当彻底。
 
臭氧化学反应中绝大多数反应属于氧化还原反应，因此臭氧可以和几乎所有物质发生反应，尤其是各种细菌、病毒等。臭氧在水中消毒的原理是臭氧在水中发生氧化还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基（OH），水中微生物菌体既与溶解水中的臭氧直接反应，又与臭氧分解生成之羟基OH的间接反应。羟基（OH）是强氧化剂、催化剂，可使有机物发生连锁反应，反应十分迅速，对各种致病微生物有极强的杀灭作用。单原子氧（O）也具有强氧化能力，对顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力。
 
臭氧气体在空间中可以消除空气和物品的霉菌、异味，并能降解有害物质，分解甲醛、苯系物、硫化物、一氧化碳、乙烯等，使其氧化，转化为无害物质。

所有臭氧化学反应的最终产物均为H2O、CO2、O2等。同时，作为暂态（需要依靠外加能量才能存在的物质状态）存在的臭氧，当外加电场停止提供能量后，经过一定时间（半衰期）的挥发，臭氧本身会分解还原成为自然界中存在的氧气，成为没有二次污染的消毒方式