臭氧很不穩定，在常溫下慢慢分解，200℃時迅速分解，它比氧的氧化性更強，能將金屬銀氧化為過氧化銀，將硫化鉛氧化為硫酸鉛，它還能氧化有機化合物，使許多有機色素脫色，如靛藍。能侵蝕橡膠，很容易氧化有機不飽和化合物。臭氧、氯和過氧化氫的氧化勢（還原電位）分別是2.07．1.36．1.28伏特，可見臭氧在處理水中是氧化力量非常強的一種。臭氧的氧化作用導致不飽和的有機分子的破裂。使臭氧分子結合在有機分子的雙鍵上，生成臭氧化物。臭氧化物的自發性分裂產生一個羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子，后者是不穩定的，可分解成酸和醛。