臭氧作用于水中污染物有兩種途徑，一種是直接氧化，即臭氧分子和水中的污染物直接作用。這個過程臭氧能氧化水中的一些大分子天然有機物，如腐殖酸、富里酸等，同時也能氧化一些揮發性有機污染物和一些無機污染物，如鐵、錳離子。直接氧化作用緩慢，且具有一定的選擇性，即臭氧分子只能和水中含有不飽和鍵的有機污染物或金屬離子作用。另一種途徑是間接氧化，臭氧部分分解產生羥基自由基和水中有機物作用，間接氧化反應相當快，具有非選擇性，能夠和多種污染物反應。

研究表明，臭氧預氧化對水質的綜合作用結果取決于臭氧投量、氧化條件、原水的pH值和堿度以及水中共存有機物與無機物種類和濃度等一系列影響因素。臭氧預氧化可破壞水中有機物的不飽和鍵，使有機物的分子量降低，可溶解性有機物DOC的濃度升高，具體表現為AOC和BDOC的濃度升高，從而提高有機物的可生化性，但Ames實驗表明部分氧化中間產物具有一定的致突變活性，需要提高臭氧投量來降低這些產物的毒性活性。對于氯化消毒副產物前質，臭氧預氧化可進行一定程度的破壞，或使之轉化成副產物生成勢相對較低的中間產物，但不可避免地也會升高一些其它物質的副產物生成同時產生一些臭氧副產物

原水經臭氧氧化后再由活性炭過濾處理，水中的大分子有機物被氧化分解為小分子有機物，很容易被活性炭吸收，提高了對原水有機物的出率效果；此外，臭氧氧化水中的Mn2+，使其生成Mn02吸附于活性炭的表面而被除去，因而使原水的處理效果較好。ACF的表面官能團及孔隙結構較OAC發達，對有機物和Mn弘的吸附