由于臭氧在水中的不穩(wěn)定性，分解后產生氧化能力極強（比單原子氧還強）的羥基（OH）和單原子氧等，可有效的殺滅水中的各種細菌和病毒。國外把臭氧視作最為理想的水質消毒凈化劑，很多大型水廠普遍采用臭氧來處理飲用水。
臭氧用于飲水消毒有以下優(yōu)點：
氧化能力強，殺菌效率高，殺菌速度快，臭氧殺滅水中微生物的效率是氯劑的600－3000倍，可以殺滅水中所有的細菌、病毒、芽胞、孢子蟲類，還能殺滅藻類等；
臭氧在水中的作用后，產物是無毒無害的氧氣，并且臭氧本身無永久的殘留性，還能增加水中溶解氧；
有去色、除臭的作用，降低水的渾濁度；
能氧化分解水中的鐵、錳、銀、鈷、懸浮顆粒、有機農藥和洗滌劑等，極大改善水質。
水處理中臭氧的投加量要根據水的理化性質、污染程度、接觸時間等設計。對于生活用水和飲用水消毒時，投加0.1－1mg/L即可，一般水體投加臭氧量0.5-1.5mg/L，接觸5－10分鐘，水中保持剩余臭氧濃度0.1-0.5mg/L。
臭氧也廣泛用于污水處理，由于臭氧的強殺菌能力，國外許多醫(yī)院采用臭氧處理污水，并取得了滿意的效果，試驗證明，當醫(yī)院排放污水中含有106—108個細菌/L時，投加臭氧濃度達10－20mg/L作用10－15分鐘，對細菌繁殖體的殺滅率達99.999％－100％，投加25－30mg/L作用15分鐘，對芽胞的殺滅率也可達99.999％以上。
臭氧用于飲用水、污水消毒的同時，還可以制成高濃度臭氧消毒水，對蔬菜、瓜果、食品用具、手和其他物品清洗、消毒。使用高濃度臭氧消毒水已經成為消毒領域的重點，特別是，在1996年夏季，病原型大腸桿菌0517爆發(fā)性感染事件中，以前使用的次氯酸鈉、乙醇、乙酸等殺菌劑，在長期的100－300ppm濃度下，致使大腸菌等革蘭氏陰性菌產生極強的抗藥菌變異，而作用機理完全不同的高濃度臭氧消毒水對此卻十分有效。而在日本的醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)，抗青霉素金黃色葡萄球菌感染也成為嚴重的問題，使用高濃度臭氧水進行醫(yī)療人員洗手以及醫(yī)療器械消毒的解決辦法受到了重視。
在進行臭氧水對醫(yī)療部門相關微生物的殺菌效果試驗中，對在平時經常性接觸的，也是在醫(yī)院感染中重要的微生物作為測試樣本，如細菌：大腸桿菌IFO3301、銅綠色極毛桿菌IFO3445、金黃色葡萄球菌ATCC43300、表皮葡萄球菌IFO12993；病毒：皰疹病毒RF、腺病毒3型、科賽奇病毒B5FAULKNER、艾珂病毒7型WALLACE、流行感冒病毒PR8等，與氯劑消毒水對比，各供試菌在臭氧水濃度4mg/L作用10秒后即可全部殺死，而對照組在30秒后，仍有103mg/L以上的活菌數殘存。對于病毒，其結果由病毒半數組織培養(yǎng)感染量（TCID50）表示，TCID50減少103以上，可認為病毒滅活。在臭氧水4mg/L濃度作用下20秒，皰疹病毒、流行感冒病毒減少TCID50103以上，科賽奇B5病毒、艾珂7型病毒減少TCID50104以上，所以可以確認臭氧水對于醫(yī)療、制藥及食品加工領域中引起感染的細菌、病毒具有很好的殺滅作用。
在對醫(yī)護人員清洗手指附著菌去除，供試菌體為抗青霉素金黃色葡萄球菌，對比組采用消毒用乙醇，MK212。對清洗后排水鑒定殺菌效果和排水二次污染，排水中菌數，對照組104，臭氧水僅為101。證明臭氧水殺菌效果明顯，而且對外界沒有造成二次細菌污染。
根據醫(yī)療器械及醫(yī)用材料基礎性生物學試驗標準：
細胞毒性試驗，對動物固體毒性試驗即由人或動物細胞進行細胞毒性試驗，此次為小鼠成腺細胞，進行吉姆薩染色，結果反映，臭氧水無細胞毒性或微小毒性。
過敏性試驗，皮膚過敏性試驗是人在某物質反復暴露時，引起免疫反應障礙，檢查是否引起過敏癥狀。試驗采用最大值進行，臭氧水注射土撥鼠皮內，結果均無紅斑、浮腫等過敏癥狀，無過敏反應。
眼粘膜刺激性試驗，在用4mg/L臭氧水滴眼時，無刺激、結膜，虹膜，角膜均無損傷，判定無眼粘膜一次刺激性。
皮膚累積刺激試驗，對新西蘭小白鼠背部皮膚連續(xù)在14天內，使用臭氧水擦抹，試驗動物在試驗期間行為正常，毛及排泄物均無變化，皮膚無紅斑及浮腫，可以認為臭氧水連續(xù)使用時對皮膚無累積性刺激。
綜上所述，使用臭氧水消毒滅菌，是極其有效和安全的。對于一般細菌，1mg/L臭氧水已經足以殺死。而對于病毒的滅活，我們建議應使用高濃度臭氧水。
臭氧水除了對試驗中所使用的供試細菌、病毒，還可以對諸如親脂性病毒和親水性病毒（包括甲肝HAV、乙肝HBV、丙肝HCV以及艾滋病毒HIV），綠膿桿菌，熒光假單胞菌屬，軍團菌屬，產黃桿菌屬，產堿桿菌屬，阿米巴原蟲，人致病性真菌（如白色念珠菌屬）等等。
同樣，臭氧水也作為有效的治療手段，用于治療疾病。1902年J·H·Clarke的《醫(yī)療實踐手冊》中記述了臭氧水在治療貧血、糖尿病等疾病中的成功運用。1979年DR George Freibott開始使用臭氧治療艾滋病患者。到今天，在德國、法國、意大利、俄羅斯、葡萄牙等歐盟國家臭氧療法已經廣泛應用。在應用臭氧水處理產婦產后護理，燒傷病人清洗消毒方面，我國也有初步的研究。而英國皇太后在世時，之所以長壽的秘訣，一個是隨身不離的熱水袋，再有就是堅持臭氧水注射保健。
在食品生產領域，臭氧水殺菌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的消毒劑也更顯示出卓越的優(yōu)勢，美國、歐盟等在公共用水和食品加工中已廣泛應用臭氧水。在蔬菜加工中，傳統(tǒng)的消毒滅菌方法是采用高溫殺菌工藝，不僅對蔬菜的色澤、口感、質地等造成破壞，而且還消耗大量能源。利用臭氧水作為冷殺菌技術可避免傳統(tǒng)工藝對蔬菜質量的破壞，提高產品附加值，同時也降低了成本。在相關試驗中，與二氧化氯對照比較，其蔬菜加工品的衛(wèi)生指標達到無菌要求，殺菌效果優(yōu)于二氧化氯水溶液。
在對水產品，如魚類等消毒凈化中，同樣對照氯劑消毒凈化，在儲藏時間、細菌繁殖率、味道、原生質、外表等方面，臭氧水均優(yōu)于氯劑類。在采用臭氧海水處理貝類，經過處理，貝類自身潔凈速度加快，在研究的九個菌種包括大腸桿菌，假單胞菌屬綠膿桿菌和傷寒屬沙門氏菌等，總體上比采用氯劑對照組要減少1/100—1/1000。
臭氧水也可以用于制藥行業(yè)、食品加工行業(yè)的管路、生產設備及盛裝容器的浸泡和清洗，從而達到消毒滅菌的目的。采用高濃度臭氧水進行浸泡、沖洗，一是管路、設備及盛裝容器表面的細菌、病毒被大量沖淋去除；二是殘留在表面上的未被沖走的細菌、病毒被臭氧殺死，使用簡單，在醫(yī)藥生產和食品加工中不會產生死角，避免了生產中使用化學消毒劑帶來的化學毒害物質的排放和殘留污染等環(huán)境問題。
