臭氧灭菌的过程属于生物化学氧化反应，臭氧灭菌有以下三种形式：
（1）臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必需的葡萄糖氧化酶。
（2）直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞壁、DNA和RNA，分解蛋白质、脂质类和糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏。
（3）渗透细胞膜组织，侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞发生通透性畸变，导致细胞的溶解死亡，并且将死亡菌体内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体支原体及热源（细菌病毒代谢产物、内毒素）等溶解变性灭亡。由此可见，臭氧灭菌属于溶菌，是三种灭菌方式中最彻底的形式。既然臭氧能杀死病毒、细菌，那么会不会也把健康的细胞杀死呢？不会，因为健康细胞具有强大的平衡酶系统，因而臭氧对健康细胞无害。