光催化氧化反应，就是让太阳光或其他一定能量的光照射光敏半导体催化剂时，激发半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子（e-）和空穴（h ）。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能使几乎所有的有机污染物氧化至最终产物CO2和H2O，甚至对一些无机污染物也能彻底分解，不存在吸附饱和与二次污染问题。
光催化氧化的特点
（1）光催化氧化适合在常温下将有机废臭气体完全氧化成无毒无害的物。
（2）绿色能源，光催化氧化利用人工紫外线灯管产生的紫外光真空波作为能源来活化光催化剂，驱动氧化—还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗，利用空气中的水和氧作为原料产生氧化剂，有效地降解有毒有害废臭气体成为光催化节约能源的最大特点。
（3）氧化性强，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是氢氧自由基（OH-）和超氧离子自由基（O2-、0-），其氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。
（4）广谱性，光催化氧化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，只要经过一定时间的反应可达到完全净化。
（5）寿命长，在理论上，光催化剂的寿命是无限长的，无需更换。