臭氧激活细胞代谢，改善血液流动，臭氧治疗使红细胞糖酵解速率增加，这导致2,3-二磷酸甘油酸的刺激，这导致释放到组织的氧的量增加。臭氧通过增强丙酮酸的氧化羧化，刺激ATP的产生来激活三羧酸循环。它还导致NADH的显着减少并有助于氧化细胞色素C，刺激产生作为自由基清除剂和细胞壁保护剂的酶：谷胱甘肽过氧化物酶，过氧化氢酶和超氧化物歧化酶。O3也诱导产生前列腺素扩张血管。

改善细胞的新陈代谢，增加身体能量的原动力，臭氧可以诱导人体产生多种细胞因子，如内源性干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子、粒细胞因子和生长转化因子等，有助于杀灭感染细胞。另外，臭氧刺激NFkB（B细胞增强子），加强细胞素等免疫因子的转录和表达。对细菌、病毒、寄生虫、支原体、衣原体、螺旋体等有较强杀灭作用。

中国中南大学湘雅三院团队使用臭氧治疗耐药菌感染。在细菌培养基中，几乎100%耐药金黄色葡萄球菌和MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）分别在5分钟和15分钟内可被臭氧油杀灭。而使用臭氧水可在1分钟杀灭所有的耐药金黄色葡萄球菌和MRSA。文献中提到两例由两种耐药菌皮肤感染的患者均被局部臭氧疗法治愈。

美国Rowen医生团队在其诊所广泛开展臭氧治疗30余年，尤其在抗感染方面，获得了显著的疗效，现在他正在大力推广臭氧疗法。他在医学期刊Medical Gas Research发表多篇臭氧研究，其中一例急性下肢蜂窝织炎患者在仅使用臭氧自血回输疗法后48小时被治愈，效果显著。

千变万化的病原体侵袭，人类正在面临的危机，寻找新的抗感染治疗迫在眉睫。医用臭氧（Medical Ozone）近年被广泛应用于临床各科疾病的治疗，其作用机理是通过破坏细胞包膜、氧化磷脂和脂蛋白，杀灭细菌、抑制真菌生长、损害病毒的衣壳，并扰乱繁殖周期，通过降低TNF-α 及其他炎症因子发挥免疫调节以促进组织愈合，并且不产生耐药性。臭氧治疗具有抗感染、增强免疫力和镇痛作用，有望成为人类在对抗微生物的战役中的强大武器。