臭氧对有机物有一定的氧化能力，用臭氧处理二级处理水，在有机物去除方面有以下特征：
（1）能够被臭氧氧化的有机物有：蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物和氰化物等。
（2）臭氧对有机物的氧化只能进行部分氧化，形成中间产物，难以达到形成CO2和H2O的完全无机化阶段。
（3）臭氧对有机物的氧化形成的中间产物主要有：甲醛、丙酮酸、丙酮醛、乙酸。但如果臭氧足够，还会继续发生氧化，除乙酸外其他物质都可能被臭氧分解。
（4）污水用臭氧进行处理，可提高污水的可生化性。
（5）用臭氧处理二级处理水时，COD去除率与pH值有关。PH值升高可以使COD去除率显著提高。
臭氧氧化法在废水处理中主要是污染物氧化分解，主要有以下应用：
（1）印染废水处理 臭氧氧化法处理印染废水主要是用于脱色，燃料颜色主要是燃料中的不饱和基团引起，臭氧能将这些不饱和建打开，生成小分子物质，使其失去颜色，但其臭氧对硫化、还原、涂料等不溶于水的分散燃料的脱色效果较差。
（2）处理含氰废水 利用臭氧的强氧化性将含氰离子还原为毒性相对很小的离子，处理过程中不加入其它化学物质，处理后水质较好，操作简单。
（3）处理含酚废水 利用臭氧的强氧化性经过多步反应将酚还原为邻苯醌。
