飲用水殺菌凈化是臭氧應用歷史最長、應用規模最大的領域。目前，世界臭氧產業的主要市場仍然是飲用水處理，在歐美、日本等發達國家，臭氧化處理飲用水已經占據主導地位。原因在于臭氧處理可達到無微生物污染、無殘余化學污染的高水平。
礦泉水已是大量消費的瓶裝飲料，其保質期取決于微生物的徹底殺滅。常用的超濾和紫外消毒方法難以達到質量標準，臭氧殺菌優先，可完全殺死活微生物，達到雙零指標，去除水中鐵錳可溶性鹽類，保存有益的碳氧化合物。
礦泉水灌裝間安裝臭氧設備對空氣殺菌凈化，防止落下菌污染，對于沒有空氣過濾凈化設備的廠家是非常有益的。采用臭氧化技術的礦泉水廠經常利用臭氧對貯水灌溉、管道、過濾器的消毒也非常有效，在海外資料中推薦經驗。
