低溫等離子體中的化學反應主要是通過氣體放電產生的快電子激發來完成的。這些快電子與氣體分子碰撞，使氣體分子激發到更高的能級。被激發到高能級的分子，由于其內能的增加，既可發生鍵的斷裂也可以與其它物種發生化學反應；而由于碰撞失去部分能量的電子在電場的作用下仍可得到補償。典型的反應類型如下：
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| 電子/分子反應 | ||
| 激發 | e + A2→ A2+ + 2e | ||
| 離解 | e + A2→ 2A + e | ||
| 附著 | e + A2→ A2 | － | |
| 離解附著 | e + A2→ A－ + A | ||
| 電離 | e + A2→ A2+ + 2e | ||
| 復合 | e + A2 | －→ A2 | |
| 離脫 | e + A2－→ A2 + 2e | ||
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| 分子/原子反應 | ||
| 潘寧離解 | M* + A2→ 2A + M | ||
| 潘寧電離 | M* + A2→ A2+ + M + e | ||
| 電荷轉移 | A+ + B → B+ + A | ||
| 離子復合 | A+ + B－→ AB | ||
| 中性復合 | A + B + M → AB + M | ||
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| 分解反應 | ||
| 電子的 | e + AB → A + B + e | ||
| 原子的 | A* + B2→ AB + B | ||
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| 合成反應 | ||
| 電子的 | e + A → A* + e | ||
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| A* + B → AB | ||
| 原子的 | A + B → AB | ||
可以看出，低溫非平衡態等離子體是使分子活化的有效方法，它能使幾乎所有的分子激發、電離和自由基化，產生大量的活性基團，如O、OH、O2,O3和高能量的自由電子。這些活性物種使得在通常條件下難以實現的反應可以很容易地在等離子體系統中完成。尤其對空氣中污染物的脫除，可以在很短的時間內使其分解甚至分解。研究表明，等離子體分解空氣污染物可通過兩種途徑完成：
（1）在產生等離子體的過程中產生的瞬間高能量，打開某些有害分子的化學鍵，使其分解成單質原子或無害分子。
（2）等離子體中包含了大量的高能電子、離子、激發態粒子（其能量范圍如表 1）和具有強氧化活性的自由基，這些活性粒子的平均能量高于氣體分子的鍵能，它們和有害氣體分子發生頻繁的碰撞，打開氣體分子的化學鍵，同時產生的大量?OH、HO2、O等自由基和氧化性的 O3 跟有害氣體分子發生化學反應生成無害產物。
