臭氧是一种强氧化剂，除了在除臭、消毒等领域中得到应用之外，在废水脱色及深度处理中也得到广泛应用。臭氧具有强氧化作用的原因，曾经一度被认为是由于分解时生成新生态的原子氧，从而表现出极强的氧化性。目前最具权威的说法是由于臭氧分子中的氧原子本身就是强烈亲电子或亲质子，从而使其直接表现出强氧化剂的性质。
臭氧氧化有机物的方式有两种，一种是直接反应，另一种是间接反应。顾名思义，直接反应就是臭氧直接与污染物发生反应，其反应机理是通过亲电、亲核作用或者以环加成的形式起反应;间接反应的反应机理是在光照、碱或其它因素的激化下，臭氧生成氧化还原电位为2.8eV的轻基自由基.OH，其比臭氧具有更强的氧化性。轻基自由基可以通过不同的反应方式氧化溶解态无机物和有机物，主要包括:电子转移反应、.0H加成反应和抽氢反应。直接反应受到臭氧浓度、可氧化性等因素的制约，反应具有选择性，速度慢。而臭氧进入水体溶解后形成的轻基自由基，可以将水中结构复杂的大分子有机物发生断链、开环等反应，生成结构简单的小分子化合物，或使绝大部分有机物氧化分解，且选择范围大、反应速度较快。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
染料显色是由其分子中的发色基团引起，如:乙烯基、硫酮、偶氮基、亚乙烯基、氧化偶氧基、淡基、亚硝基等。这些发色基团都具有不饱和键，臭氧的强氧化性能使不饱和键发生断裂，从而破坏染料分子中的一N=N一,C=C,C=O、一N=O等发色基团，使得印染废水脱色。但因染料的品种不尽相同，其发色基团位置各异，臭氧对其的氧化效果也有较大差异。有研究表明，对于水溶性染料废水，如活性染料、直接染料、阳离子染料和酸性染料，臭氧对其脱色率很高，对于不溶性分散染料废水也有较好的脱色效果。但对于以悬浮状细分散存在于废水中的不溶性染料废水，如还原染料、硫化染料和涂料等，其脱色效果相对较差，影响臭氧氧化的主要因素有水温、pH值、悬浮物浓度、臭氧浓度、臭氧投加量、接触时间和剩余臭氧等。
臭氧氧化与其他处理技术联合应用是实践中较为常用的。如用Fee(SO4)3.FeS04、FeC13凝聚后再用臭氧处理可提高脱色效率;臭氧加电解处理可使对碱性及活性染料废水脱色率增加10%，对直接、酸性染料废水的脱色率比单纯臭氧处理增加25%^'40%o臭氧加紫外辐射或同时进行电离辐射也可提高氧化效率。由于臭氧氧化适应度大，对染料种类变化适应性强、所以色度去除率高，同时臭氧氧化后在废水中形成的还原产物以及过剩臭氧能迅速在溶液和空气中分解为氧气，不会对环境造成二次污染。虽然臭氧脱色技术具有良好的工业化应用前景，但其运行费用偏高，管理困难，这大大制约了其发展空间。