该技术是在臭氧氧化过程中臭氧在水中反应的机理是利用臭氧的强氧化性将水中的有机物直接氧化为CO2和H2O，或者将大分子有机物氧化分解成小分子，使其更容易被降解。虽然单纯的臭氧氧化能在一定程度上对有机物进行去除，但是臭氧难以将氧化后的小分子物质进一步氧化，因此单纯的臭氧氧化对于有机物的矿化程度有一定局限性。因此，通过在臭氧体系中投加催化剂，能够显著提高臭氧体系产生羟基自由基的能力及改善臭氧直接氧化有机物的能力。是一种针对单独臭氧氧化难降解而发展起来的新型技术。

　　常用到的均相催化剂一般为过渡金属离子Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Cd2+、Cu2+、Ag+、Cr3+等。该技术的可能机理是过渡金属离子促进臭氧分解产生羟基自由基或者与有机物分子形成更易参与反应的络合物从而被臭氧分子直接氧化。然而，催化剂易流失和引入金属离子污染等问题限制其在水处理工程中的应用。同时，非均相催化臭氧化技术是通过固体催化剂来提高臭氧氧化水中污染物的性能，催化剂易于分离，不会产生二次污染，结果表明处理后出水COD和氨氮达到城镇污水处理厂污染物排放一级B标准，废水可生化性明显提高。然而，催化剂的活性易受水质和反应条件等因素的影响，甚至同一种催化剂在处理不同类型废水时也会具有不同的处理能力。