臭氧对细菌及其他微生物的消毒杀菌作用是因其强氧化性。
通常情况下，臭氧分子O3在经过紫外线或电介质作用下被产生出来，由于臭氧分子非常不稳定，会很快分解为单质氧（O）和氧分子（O2），这个过程被称为“臭氧降解过程”（Ozone decay process）。在此过程中，由于臭氧的极强氧化性作用，可引发臭氧分解产生的单质氧参与一系列的一氧化氮、过氧化氢等生成反应，这些反应涉及到活性氧自由基（例如羟自由基、超氧阴离子等等）的形成与活性，极大地提高了氧化反应的速率和强度。而这些活性氧自由基，对于微生物细胞膜中的脂质、蛋白质、DNA水平上的化学键进行氧化作用，从而杀死细胞和病毒等微生物，达到消毒和杀菌的效果。
因此，臭氧作为一种强氧化性物质，具有杀菌和消毒的作用。同时也因其分解后不产生有毒有害物质，使用安全，所以被广泛应用于空气净化器、水处理和消毒等领域。
