自從臭氧在水處理中應用以來，由于臭氧處理技術的設備和運行費用較高，盡管進行了廣泛的研究，但除了用于飲用水消毒外，其他的實際應用很少。近年來，由于在水處理實踐中遇到了諸如氯消毒副產物、難生物降解或有毒有害有機廢水的治理等缺乏有效的方法等困難，又隨著臭氧發生設備性能的提高，臭氧技術才重新得到了重視，并且改進和發展了臭氧水處理技術。
臭氧/活性炭技術
活性炭在反應中，可能如同堿性溶液中·OH的作用一樣，能引發臭氧基型鏈反應，加速臭氧分解生成·OH等自由基。作為催化劑，活性炭與臭氧共同作用降解微量有機污染物的反應與其他涉及臭氧生成·OH的反應（如提高pH值、投加H2O2，UV輻射）一樣，屬于高級氧化技術。此外，活性炭具有巨大表面積及方便使用的特點，是一種很有實際應用潛力的催化劑。臭氧生物活性炭對有機物的去除包括臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解等3個過程。
光催化臭氧氧化
光催化臭氧氧化（O3/UV）是光催化的一種。即在投加臭氧的同時，伴以光（一般為紫外光）照射。這一方法不是利用臭氧直接與有機物反應，而是利用臭氧在紫外光的照射下分解產生的活潑的次生氧化劑來氧化有機物。臭氧能氧化水中許多有機物，但臭氧與有機物的反應是選擇性的，而且不能將有機物徹底分解為CO2和H2O，臭氧化產物常常為羧酸類有機物。要提高臭氧的氧化速率和效率，必須采用其他措施促進臭氧的分解而產生活潑的·OH自由基。自從20世紀70年代初，人們發現O3/UV能有效處理氰化物廢水以來，對O3/UV氧化方式進行了許多研究。研究證明，O3/UV比單獨臭氧處理更有效，而且能氧化單純用臭氧難以降解的有機物。只有在酸性時，臭氧才是主要的氧化劑，中性及堿性時氧化是按自由基反應模式進行的；在O3/UV，O3情形下，酚及TOC的去除率隨pH值升高而升高，在一定的pH值時，3種方法的處理效果為O3/UV>O3>UV。
臭氧/絮凝處理工藝
在臭氧氧化處理水中，很多研究者發現，臭氧能改變水中懸浮物的性質，從而改變絮凝操作單元的去除效果。實際效果主要表現在可以使水中懸浮顆粒變大；使處于溶解狀態的有機物變成可絮凝的膠體顆粒；提高隨后絮凝和過濾單元操作TOC和濁度的去除能力；可以減少絮凝劑的投加量，降低化學藥品的耗用量以及改善絮體的沉降性能與減少污泥的產生量等方面。
臭氧/膜處理工藝
近年來，膜在水處理中的應用已越來越廣泛，但在實際應用中也發現了一些問題。其中最為關鍵的是膜的污染問題，水中腐殖酸與多價金屬陽離子的作用及膠粒在膜上的吸附被認為是膜污染的根本原因。而臭氧對腐殖酸的反應活性較高，能將其降解為低分子量的羧酸和一些有醇類物質。Lozier等利用臭氧與反滲透膜相結合的工藝處理腐殖酸水體，結果發現，預臭氧化后再經膜處理時，膜的回洗周期極大地延長，而且壓力降也大大降低，這樣就節省了很多能耗。Dunn等在利用此工藝處理河水時也發現，預臭氧化不但能使膜的壓力降降低，而且出水的濁度也有所改善。
金屬催化臭氧氧化技術
金屬催化臭氧氧化是以固體狀的金屬（金屬鹽及其氧化物）為催化劑，從而加強臭氧氧化反應。金屬催化臭氧氧化是近幾年才發展起來的新型技術，從臭氧技術的發展來看，從一開始的堿催化劑到光催化、金屬催化臭氧化，目的就是促進O3分解，以產生自由基等活性中間體來強化臭氧化。盡管這種方法還有很多問題有待解決，但這是臭氧氧化的一種較新穎的方法。
