臭氧的殺菌作用，有的學者認為是「全有全無」(all or none)，此意為只要臭氧的濃度足夠，就有殺菌作用，就會將全部微生物殺光，若臭氧的濃度不足，則完全不能殺滅微生物。但也有學者不贊成，因臭氧的殺菌作用是很多化學反應的結果，分別受溫度、pH值、濁度、溶液中之有機物成份及其他水質等因素影響。
一、溫度
溫度愈高，臭氧與微生物間的生化反應速率會愈快，但臭氧的分解速率也加快，使水中臭氧不穩定。兩種效應合在一起，使得在常溫下，臭氧消毒效率隨著溫度而變化的效應可能並不明顯。但多數研究大都能得到升高溫度可增進消毒的效率。
二、pH值
由於水中氫氧根會影響臭氧的分解速率，即當氫氧根濃度愈高，臭氧分子的分解速率愈高，臭氧在水中就愈不穩定。所以在高pH值的水溶液中，能參與消毒的臭氧分子與自由基的比例產生明顯的變化而影響消毒效率。
三、濁度
由於濁度 (turbidity) 是由水中許多懸浮物質所造成，而這些懸浮物質可形成對微生物產生保護效果，使得要得到相同的消毒效果就要增加臭氧的劑量。
四、溶液中之有機物成份
由於臭氧是強氧化劑，可以氧化各種有機物質，因此若水溶液中含有其它的有機物質，將會對臭氧產生消耗，因此若要得到相同的消毒效率，就必須要增加劑量。
五、其他水質因素
如使用於處理海水，因海水中含有溴化物，臭氧會氧化溴化物成為次溴酸 (hypobromous acid) 及溴酸鹽 (bromate)。在過量的臭氧出現時，溴酸鹽是主要的產物，若臭氧未過量出現時，主要的產物為次溴酸，則殺菌效果必不相同，對水產生物亦會產生不良的影響，這是使用時必須注意的。
因此要使用臭氧殺菌時，必先掌握處理水的水質，方可達到最佳的殺菌效果。否則使用不當，會產生各種副產物，對水產生物亦會產生不良的影響，這些都是使用時必須注意的。而臭氧一般只被認為是消毒過程中所用消毒劑的一種，但事實上，其在淨水工程上的應用，應不只在消毒單元。臭氧的強氧化特性，可以利用來直接或輔助去除原水中所含的物質。本所曾研究臭氧使用於處理養殖用水及排放水，臭氧可有效降低養蝦池排放水中之化學需氧量 (COD)，但對於降低養蝦池排放水中之懸浮固體物 (SS) 的效果較差。臭氧亦可以處理養殖用水中之鐵、錳和亞硝酸鹽氮，而氨氮在淡水中的處理效果不佳，但在海水中則可。