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。
常用的气源按用途大体可分为下列几种：
1）干燥气源——空间消毒、自来水处理、游泳池水、养殖水、生产循环水、中水回用等
2） 富氧气源——臭氧浓度需求较高的使用场所，如纯净水、矿泉水、污水处理、医药食品车间等
3） 工业氧气源——纯度要求较高、浓度需求较重要、小气量应用场所等
3. 用于大型空间的消毒应用，如医药、食品等行业车间的杀菌消毒，一般应安装管路分通到车间内，使臭氧分布均匀，也有的通入中央空调风道管路，但这种方式有时会造成空调风道金属件的腐蚀和臭氧消耗。
4. 用于水处理，则主要配置臭氧溶于水的投加装置，一般分为曝气式（直接曝气或氧化塔式）、文丘里射流器式、旋涡负吸式或HICHINE泵混合式样等几种，以上其溶于水效率可依次提高，HICHINE泵式效率可达95%以上。
1）曝气式：自来水、养殖水、生产循环水、生活污水、工业废水等
2）文丘里射流式：二次供水、纯净水、矿泉水、养殖水冷却、游泳池水等
3）负吸式：小水体应用
4）气液混合泵式：小水体应用或臭氧消毒水应用