催化臭氧氧化废水技术工艺原理是在催化剂活性中心的作用下，利用臭氧强氧化，破坏难降解有机物分子的原有结构，使其转变成利于生化降解的物质分子，进而得到降解消化，能有效降低污染程度。
催化臭氧氧化废水技术将需要深度处理的废水在调节池稳定化、均一化，出水进入沉淀过滤池，加药絮凝沉淀过滤，调整PH值至碱性，在臭氧催化氧化池内，臭氧在催化剂活性中心以及碱性条件的作用下会产生强氧化基团羟基自由基，使得难降解物质碳链发生结构性变化，转变为易生化的小分子物质，出水进入水解酸化池，进行厌氧、兼氧生化处理，部分小分子污染物得到分解降除，然后进入接触氧化池，进行充分好氧，降除污染物，出水在二沉池沉淀后，清水经过吸附过滤，产品水进入储水池（产品水池），就可以达到回用或排放的标准。
催化臭氧氧化废水技术的特点在于，在催化剂载体活性中心存在的前提下，充分发挥臭氧的氧化分解作用。一方面臭氧在碱性溶液会容易产生羟基自由基，生成的羟基自由基具有很高的电极电势、更强的氧化性、电子亲和能高，它能快速而无选择地与废水中难降解有机物进行反应，且随着PH值升高，臭氧分解形成羟基自由基的速度加快（PH值一般控制在8～11之间）；另一方面也是最重要的一点，就是在催化剂活性中心作用下，臭氧产生羟基自由基的效率有了大幅提高，羟基自由基与污染物接触的几率也增大了很多，臭氧的利用率高达97.5%以上。
值得一提的是，该技术的经济效益十分明显。普通的臭氧氧化技术应用在污水处理方面有很多优势，但是臭氧工艺的高运行成本（主要是电耗）、高投资成本一直是该技术应用和推广的一大桎梏。相比之下，催化臭氧氧化废水技术从投资成本和运行成本上都取得了突破性进展。由于催化剂活性中心的存在使得臭氧在碱性条件下产生羟基自由基的效率提高了2倍，降解分解污染物的效率也相应得到了提高，同等效果的前提下，电耗量也节省了30%。
由于该工艺臭氧催化氧化作用只在把大分子难生化物质转化为小分子可生化物质这一特定阶段发挥作用，并非用臭氧氧化工艺直接彻底分解降除污染物，在此环节上又比单纯用臭氧氧化节省投资和运行费用20%左右。后续用生化工艺（厌氧/兼氧+好氧）可把小分子可生化污染物质进行彻底降解去除。这样综合下来，采用催化臭氧氧化技术在投资成本和运行成本两方面，均比单纯臭氧氧化工艺节省30%左右，并且降除污染物更彻底，更具有市场推广价值。