臭氧对所有染色废水都有脱色能力。03可破环这些染料的发色和助色基团，从而达到脱色效果，但03对各种有机染料的作用是不同的。对碱性染料脱色90％需反应2分钟，而对直接染料则需5分钟。相比之下，偶氮染料更容易被氧化。03用于对色素的脱色反应可从臭氧对共轭л-电子系的氧化分解予以说明。染料中常见的基本组成为邻羟基偶氮色素。这些化合物与03反应时，首先是03对肼撑体(溶液中几乎总是以此形式存在)进行亲电子攻击。又如羟基苯甲烷系色素的酚酞通过内酯环的可逆性开、闭环产生颜色与失色，从而可用作指示剂。碱性酚酞易与03起反应。03在电子丰富的C=C键位进行1.3一加成反应，可切断色素骨架从而脱色。03与典型的三苯基甲胺系色素之孔雀绿反应时，同时攻击二甲胺部位的氮和碳骨架(C=C键)，此与酚酞反应时相同。带有C=N键的甲亚胺系色素与03反应时，03对C=N键氮原子进行亲电子性反应。03同时攻击C=N键和二甲胺基生成嗯唑烷环，共轭被切断而脱色。

随着对自来水水源环境及下水道二次处理水再利用的关注，二次处理水去色受到重视。至于腐植质引起的色和味，水质色度平均为10度。最大达20度。这样的色度靠一般凝聚沉淀与砂滤工序是达不到充分去除的水质标准，甚至还有超过最坏标准的可能。采用03处理后，色度即可降到 l 度以下，一般自来水着色原因是铁、锰含量过多，这些金属如处于游离状态，则常规方法即可充分去除。若原水中含有腐植质，有时形成铬盐，以常规处理便相当困难。故去色也是引入03处理的重要因素。臭氧脱色成为新的研究领域。