臭氧几乎对所有病菌、病毒、霉菌、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果，且灭菌时间来说，迅速无比，是氯的300-600倍，紫外线的3000倍。臭氧的灭菌机理，Roy等研究报告，臭氧可破坏病毒衣壳蛋白的四条多肽链并使RNA受到损伤；Kim等报告，臭氧作用过程中，可使噬菌体中RNA被释放，电镜观察可见噬菌体被断裂成小的碎片。还有人认为，臭氧可与细菌细胞壁脂类双键反应，穿入菌体内部，作用于脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌溶解和死亡。
臭氧会自行分解为氧气，不产生残留污染，消毒后不需通风换气。常规消毒均需通风换气或化学中和，麻烦而又降低消毒效果。
臭氧可直接对食品使用作杀菌或防霉保鲜，为干法消毒，简单易行。臭氧杀菌浓度对食品是极微弱的氧化浓度，对食品无害。 采用这种浸泡、冲洗的操用方法，一是设备及盛装容器表面上的细菌、病毒大量被冲淋掉；二是残留在表面上的未被冲走的细菌、病毒被臭氧杀死，非常简单省事，而且在生产中不会产生死角，还完全避免了生产中使用化学消毒剂带来的化学毒害物质排放及残留等问题。另外，利用臭氧水对生产设备等的消毒灭菌技术结合膜分离工艺、无菌灌装系统等，在酿造工业中用于酱油、醋及酒类的生产，可提高产品的质量和档次。
在水产制品加工中的应用，在冷冻水产品的冻前处理中，通过臭氧水喷淋杀菌对水制产品的卫生指标可以起到良好的控制作用。湿度越高，杀菌效果越好。这是由于高湿度下细胞膜膨胀变薄，其组织容易被臭氧破坏，这一特性对于食品行业中普遍存在的高湿环境特别适合.
在冷库中的应用主要有三个方面：一是杀灭微生物—消毒杀菌；二是使各种有臭味的无机物或有机物氧化一除臭；三是使新陈代谢产物氧化，从而抑制新陈代谢。
在食品加工环境替代紫外线消毒灯，被广泛应用加工环境消毒。杀菌速度快。紫外线照射杀菌需要较长的作用时间，一般要照射6小时以上，而符合标准浓度的臭氧只需开机1小时以上。
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