臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀灭率高、速度快，对有机化合物等污染物质去除彻底而又不产生二次污染，因此饮用水杀菌消毒是臭氧应用的最主要部门，自来水行业是臭氧的最大市场。
氯消毒在自来水厂应用是很普遍的。但臭氧对细菌的杀灭率更高，杀灭速度更快。目前使用臭氧代替氯消毒最主要的因素，也是传统使用氯消毒的美国、日本等国家都在快速发展采用臭氧处理自来水的主要原因，在于随着水源受有机化学工业产物污染，氯消毒后会产生氯仿、溴二氯甲烷、四氯化碳等氯化有机物（THM），这些物质具有致癌性，而臭氧处理中氧化作用不产生二次污染化合物。国内的昆明自来水公司、北京田村自来水厂、大庆、胜利、燕山石化等自来水公司，都相继用臭氧代替氯气消毒。
（2）矿泉水、纯净水、优质饮用水的消毒杀菌：
用0.1-1.5mg/L臭氧浓度的臭氧水对水生产线管路、容器、瓶、桶进行处理，对细菌、大肠肝菌、酵母菌、黑曲霉菌等具有良好的杀菌效果。
我国瓶装水采用臭氧杀菌净化工艺最为普遍、积极，粗略估算，矿泉水、纯水、洁净水厂一千多家，约60%已采用臭氧杀菌工艺。由于技术监督、防疫部门已形成共识，没有臭氧设备的瓶装水厂很难在市场上竞争。随着瓶装水市场的发展，国内发展了一大批臭氧设备生产企业。臭氧发生器、投加混合设备品种繁多，质量参差不齐，甚至虚报???，使瓶装水质量得不到保证。其关键在于处理水应达到0.3~0.5mg/L的臭氧溶解度值，这首先要求投加臭氧量应满足1m3水2g臭氧的条件，同时必须保证水----气充分接触并保持一定的时间。根据实践经验，臭氧发生浓度高于8%时容易达到溶解度要求。武汉康桥环保设备有限公司的臭氧发生器臭氧发生浓度高达20%。
（3）污水处理
污水处理包括城市污水、工业污水与要污水的处理，主要目的为杀菌消毒、去除污染物质并脱色、除味以达到排放标准。近几年由于水资源匾乏，行业主管部门制定了工业、生活污水回用的法规，提高了处理标准。
美国在本世纪七十年代初开始利用臭氧处理生活污水，其主要的目的为消毒并降低生物耗氧量（BOD）和化学耗氧量（COD），去除亚硝酸盐、悬浮固体及脱色，已达到全面生产应用的水平。日本则在缺水地区进行污水臭氧处理后作为非食用水（即中水）循环使用。
工业污水臭氧用来对电镀含氰污水氧化、纺织印染污水脱色、精炼污水去酚、烷类物质等。美、日、德、法等国近年都建立了大规模的污水处理厂，我国???、印染行业也有试验性应用。
对工业含酚、氰、有机氨、腈、硝基染料、有机磷、有机氯化合物等的废水处理。用臭氧水处理污水，可使水中酚、甲醛含量降低98%。用臭氧水处理含有氰化物的水溶液时，氰化物浓度可从15mg/L降到0.25mg/L。
（4）游泳池用水：
目前我国游泳池的水处理大都采用加氯消毒和加CuSO4 抑藻，常会出现因水中氯的含量过低而使细菌、病毒超标，或者水中氯的含量过高而刺激人的皮肤、眼睛、毛发等，难以达到国际游泳联合会规定的游泳比赛的水质标准。在国际比赛所用的游泳馆或一些高档的水上乐园，均采用国际最先进的臭氧消毒技术，对循环水进行臭氧消毒净化处理，以保证游泳池的水质标准。
（5）冷却塔用水：
目前美国冷却塔协会推荐臭氧处理冷却循环水技术，可以达到阻垢、除垢、杀菌除藻、防腐蚀与稳定水质的目的，美国臭氧公司已有计算机控制检测的臭氧冷却循环水系统在运行，我国很多单位在进行实验研究，总结经验。
