由于臭氧在水中的不稳定性，分解后产生氧化能力极强（比单原子氧还强）的羟基（OH）和单原子氧等，可有效的杀灭水中的各种细菌和病毒。国外把臭氧视作最为理想的水质消毒净化剂，很多大型水厂普遍采用臭氧来处理饮用水。

 臭氧用于饮水消毒有以下优点：

  氧化能力强，杀菌效率高，杀菌速度快，臭氧杀灭水中微生物的效率是氯剂的600－3000倍，可以杀灭水中所有的细菌、病毒、芽胞、孢子虫类，还能杀灭藻类等；

  臭氧在水中的作用后，产物是无毒无害的氧气，并且臭氧本身无永久的残留性，还能增加水中溶解氧；

  有去色、除臭的作用，降低水的浑浊度；

  能氧化分解水中的铁、锰、银、钴、悬浮颗粒、有机农药和洗涤剂等，极大改善水质。

  水处理中臭氧的投加量要根据水的理化性质、污染程度、接触时间等设计。对于生活用水和饮用水消毒时，投加0.1－1mg/L即可，一般水体投加臭氧量0.5-1.5mg/L，接触5－10分钟，水中保持剩余臭氧浓度0.1-0.5mg/L。

  臭氧也广泛用于污水处理，由于臭氧的强杀菌能力，国外许多医院采用臭氧处理污水，并取得了满意的效果，试验证明，当医院排放污水中含有106—108个细菌/L时，投加臭氧浓度达10－20mg/L作用10－15分钟，对细菌繁殖体的杀灭率达99.999％－100％，投加25－30mg/L作用15分钟，对芽胞的杀灭率也可达99.999％以上。

    臭氧用于饮用水、污水消毒的同时，还可以制成高浓度臭氧消毒水，对蔬菜、瓜果、食品用具、手和其他物品清洗、消毒。使用高浓度臭氧消毒水已经成为消毒领域的重点，特别是，在1996年夏季，病原型大肠杆菌0517爆发性感染事件中，以前使用的次氯酸钠、乙醇、乙酸等杀菌剂，在长期的100－300ppm浓度下，致使大肠菌等革兰氏阴性菌产生极强的抗药菌变异，而作用机理完全不同的高浓度臭氧消毒水对此却十分有效。而在日本的医疗卫生系统，抗青霉素金黄色葡萄球菌感染也成为严重的问题，使用高浓度臭氧水进行医疗人员洗手以及医疗器械消毒的解决办法受到了重视。

  在进行臭氧水对医疗部门相关微生物的杀菌效果试验中，对在平时经常性接触的，也是在医院感染中重要的微生物作为测试样本，如细菌：大肠杆菌IFO3301、铜绿色极毛杆菌IFO3445、金黄色葡萄球菌ATCC43300、表皮葡萄球菌IFO12993；病毒：疱疹病毒RF、腺病毒3型、科赛奇病毒B5FAULKNER、艾珂病毒7型WALLACE、流行感冒病毒PR8等，与氯剂消毒水对比，各供试菌在臭氧水浓度4mg/L作用10秒后即可全部杀死，而对照组在30秒后，仍有103mg/L以上的活菌数残存。对于病毒，其结果由病毒半数组织培养感染量（TCID50）表示，TCID50减少103以上，可认为病毒灭活。在臭氧水4mg/L浓度作用下20秒，疱疹病毒、流行感冒病毒减少TCID50103以上，科赛奇B5病毒、艾珂7型病毒减少TCID50104以上，所以可以确认臭氧水对于医疗、制药及食品加工领域中引起感染的细菌、病毒具有很好的杀灭作用。

    在对医护人员清洗手指附着菌去除，供试菌体为抗青霉素金黄色葡萄球菌，对比组采用消毒用乙醇，MK212。对清洗后排水鉴定杀菌效果和排水二次污染，排水中菌数，对照组104，臭氧水仅为101。证明臭氧水杀菌效果明显，而且对外界没有造成二次细菌污染。

    根据医疗器械及医用材料基础性生物学试验标准：

    细胞毒性试验，对动物固体毒性试验即由人或动物细胞进行细胞毒性试验，此次为小鼠成腺细胞，进行吉姆萨染色，结果反映，臭氧水无细胞毒性或微小毒性。

  过敏性试验，皮肤过敏性试验是人在某物质反复暴露时，引起免疫反应障碍，检查是否引起过敏症状。试验采用最大值进行，臭氧水注射土拨鼠皮内，结果均无红斑、浮肿等过敏症状，无过敏反应。

  眼粘膜刺激性试验，在用4mg/L臭氧水滴眼时，无刺激、结膜，虹膜，角膜均无损伤，判定无眼粘膜一次刺激性。

  皮肤累积刺激试验，对新西兰小白鼠背部皮肤连续在14天内，使用臭氧水擦抹，试验动物在试验期间行为正常，毛及排泄物均无变化，皮肤无红斑及浮肿，可以认为臭氧水连续使用时对皮肤无累积性刺激。

  综上所述，使用臭氧水消毒灭菌，是极其有效和安全的。对于一般细菌，1mg/L臭氧水已经足以杀死。而对于病毒的灭活，我们建议应使用高浓度臭氧水。

  臭氧水除了对试验中所使用的供试细菌、病毒，还可以对诸如亲脂性病毒和亲水性病毒（包括甲肝HAV、乙肝HBV、丙肝HCV以及艾滋病毒HIV），绿脓杆菌，荧光假单胞菌属，军团菌属，产黄杆菌属，产碱杆菌属，阿米巴原虫，人致病性真菌（如白色念珠菌属）等等。

  同样，臭氧水也作为有效的治疗手段，用于治疗疾病。1902年J·H·Clarke的《医疗实践手册》中记述了臭氧水在治疗贫血、糖尿病等疾病中的成功运用。1979年DR George Freibott开始使用臭氧治疗艾滋病患者。到今天，在德国、法国、意大利、俄罗斯、葡萄牙等欧盟国家臭氧疗法已经广泛应用。在应用臭氧水处理产妇产后护理，烧伤病人清洗消毒方面，我国也有初步的研究。而英国皇太后在世时，之所以长寿的秘诀，一个是随身不离的热水袋，再有就是坚持臭氧水注射保健。

  在食品生产领域，臭氧水杀菌代替传统的消毒剂也更显示出卓越的优势，美国、欧盟等在公共用水和食品加工中已广泛应用臭氧水。在蔬菜加工中，传统的消毒灭菌方法是采用高温杀菌工艺，不仅对蔬菜的色泽、口感、质地等造成破坏，而且还消耗大量能源。利用臭氧水作为冷杀菌技术可避免传统工艺对蔬菜质量的破坏，提高产品附加值，同时也降低了成本。在相关试验中，与二氧化氯对照比较，其蔬菜加工品的卫生指标达到无菌要求，杀菌效果优于二氧化氯水溶液。

  在对水产品，如鱼类等消毒净化中，同样对照氯剂消毒净化，在储藏时间、细菌繁殖率、味道、原生质、外表等方面，臭氧水均优于氯剂类。在采用臭氧海水处理贝类，经过处理，贝类自身洁净速度加快，在研究的九个菌种包括大肠杆菌，假单胞菌属绿脓杆菌和伤寒属沙门氏菌等，总体上比采用氯剂对照组要减少1/100—1/1000。

  臭氧水也可以用于制药行业、食品加工行业的管路、生产设备及盛装容器的浸泡和清洗，从而达到消毒灭菌的目的。采用高浓度臭氧水进行浸泡、冲洗，一是管路、设备及盛装容器表面的细菌、病毒被大量冲淋去除；二是残留在表面上的未被冲走的细菌、病毒被臭氧杀死，使用简单，在医药生产和食品加工中不会产生死角，避免了生产中使用化学消毒剂带来的化学毒害物质的排放和残留污染等环境问题。