臭氧本身也是一种强氧化剂，可以直接将有机污染物氧化降解。臭氧直接氧化理论：

催化剂表面羟基基团反应机理

臭氧在催化剂表面的分解是催化剂活性的一个决定性因素。催化剂的催化活性中心一般为其表面碱性含氧基团，如金属氧化物表面的羟基基团。Lewis酸位和Lewis碱位分别位于金属氧化物上金属离子和配位不饱和的结合氧位点上。由于表面电荷并未平衡，当催化剂被加入溶液中，水分子强烈地吸附在金属氧化物的表面，催化剂上的Lewis 酸位与表面化学吸附的水分子发生配位，从而使水离解产生表面羟基。因此所有氧化物面上一般都存在羟基基团。由于臭氧分子结构中有一个氧原子具有更高的电子密度，导致对金属氧化物表面的Lewis酸性位点有更强的亲合力。因此，催化臭氧反应中催化剂表面羟基是重要的活性基团，在溶液中能够影响催化剂在固液界面的电性，具有重要作用。表面羟基易与吸附在催化剂表面上的臭氧发生反应生成羟基自由基，氧化降解有机污染物。

羟基自由基的密度很大程度上取决于催化剂的pHpzc，在溶液pH＝pHpzc条件下，催化剂表面质子平衡产生的正电荷和负电荷总量是平衡的。所以，不同的溶液pH值会导致催化剂表面具有不同的荷电状态。如表所示，催化剂的高催化活性是在pH值接近于pHpzc时。