臭氧氧化法主要用途有：
①水的消毒：臭氧是一種廣譜速效殺菌劑，對各種致病菌及抵抗力較強的芽孢、病毒等都有比氯更好的殺滅效果。水經過臭氧消毒后，水的濁度、色度等物理、化學性狀都有明顯改善。化學需氧量(COD)一般能減少30～50%。用臭氧氧化處理法還可以去除苯并(a)芘等致癌物質。
②去除水中酚、氰等污染物質：用臭氧法處理含酚、氰廢水實際需要的臭氧量和反應速度，與水中所含硫化物等污染物的量和水的pH值有關，因此應進行必要的預處理。把水中的酚氧化成為二氧化碳和水，臭氧需要量在理論上是酚含量的7.14倍。用臭氧氧化氰化物，第一步把氰化物氧化成微毒的氰酸鹽，臭氧需要量在理論上是氰含量的1.84倍；第二步把氰酸鹽氧化為二氧化碳和氮，臭氧需要量在理論上是氰含量的4.61倍。臭氧氧化法通常是與活性污泥法聯合使用，先用活性污泥法去除大部分酚、氰等污染物，然后用臭氧氧化法處理。此外，臭氧還可分解廢水中的烷基苯磺酸鈉(ABS)、蛋白質、氨基酸、有機胺、木質素、腐殖質、雜環狀化合物及鏈式不飽和化合物等污染物。
③水的脫色：印染、染料廢水可用臭氧氧化法脫色。這類廢水中往往含有重氮、偶氮或帶苯環的環狀化合物等發色基團，臭氧氧化能使染料發色基團的雙價鍵斷裂，同時破壞構成發色基團的苯、萘、蒽等環狀化合物，從而使廢水脫色。臭氧對親水性染料脫色速度快、效果好，但對疏水性染料脫色速度慢、效果較差。含親水性染料的廢水，一般用臭氧20～50毫克/升，處理10～30分鐘，可達到95%以上的脫色效果。
④除去水中鐵、錳等金屬離子：鐵、錳等金屬離子，通過臭氧氧化，可成為金屬氧化物而從水中離析出來。理論上臭氧耗量是鐵離子含量的0.43倍，是錳離子含量的0.87倍。
⑤除異味和臭味：地面水和工業循環用水中異味和臭味，是放線菌、霉菌和水藻的分解產物及醇、酚、苯等污染物產生的。臭氧可氧化分解這些污染物，消除使人厭惡的異味和臭味。同時，臭氧可用于污水處理廠和污泥、垃圾處理廠的除臭。
