臭氧能去除水中的有机物，提高有机废水的可生化性，降低出水中的COD、色度和紫外线吸收有机物。
臭氧不仅能氧化水中的无机物，如CN-、NH3等，而且能氧化难以生物降解的有机物，如芳烃化合物等。臭氧氧化反应有二种，一是通过亲电或亲核直接参与反应；另一种是，碱性环境中的羟基自由基反应。臭氧可能许多官能团发生反应，如：双健、叁健，芳烃、杂环化合物、环烷烃、=N-N、=S、C≡N、C-N、C-SI、-OH、-SH、-NH2、-CHO等。检测表明臭氧化产物主要是一元醛、二元醛、一元羧酸、二元酸酸类有机物小分子。
对湿法炉黑在流化床内的流动性能进行了研究, 以考察气流速度对湿法炉黑均匀流化状态的影响, 从而选择适宜的湿法炉黑臭氧氧化操作气速范围。在此基础上, 进行了热态工艺条件实验。结果表明: 适宜臭氧氧化的气速为0.37m/s左右,在室温下臭氧气就能与湿法炉黑进行化学反应, 生成表面酸性官能团,使湿法炉黑显酸性, pH<=3.5。同时,达到一定的pH值时,反应时间随静床高的增加而成比例地增加。
对石油类污染物严重污染的某市水源地地下水进行了臭氧净化技术的静态试验研究。通过臭氧对石油类污染物的氧化作用，结合紫外分光光度测定油的吸收峰曲线和色质联机结果的分析，初步研究了臭氧氧化水中石油类污染物的过程和途径。结果表明：石油类污染物中占多数组分的萘及其衍生物主要是通过直接臭氧化反应去除；萘系物则被臭氧的直接反应和自由基型反应同步去除；少量的烃只能被没有选择性的OH氧化去除。
