ประโยชน์ที่เป็นไปได้ของการบำบัดด้วยโอโซนนั้นมีความหลากหลายและมีสาเหตุส่วนหนึ่งมาจากก๊าซโอโซนที่มีคุณสมบัติต่อต้านจุลินทรีย์และกระตุ้นออกซิเจน มันแสดงให้เห็นในการศึกษาเพื่อยับยั้งไวรัสแบคทีเรียและโปรโตซัวโดยการทำลายเยื่อหุ้มชั้นนอกของจุลินทรีย์ โดยการประนีประนอมกับเปลือกนอกทำให้ก๊าซโอโซนถูกส่งผ่านไปยังเซลล์ชั้นในและดัดแปลง DNA ให้เป็นจุดที่เซลล์ปรสิตที่ไม่ต้องการนั้นไม่ได้ผล เซลล์ภายนอกเช่นเดียวกับที่อยู่ในระบบร่างกายมนุษย์ที่แข็งแรงมีระบบเอนไซม์ที่ซับซ้อนซึ่งได้รับการกล่าวกันว่าสามารถทำให้ดีเอ็นเอเสถียรซึ่งอาจถูกรบกวนด้วยการบำบัดด้วยโอโซนซึ่งเป็นความจริงที่ช่วยให้ก๊าซโอโซนมุ่งเป้าไปที่จุลินทรีย์ที่ไม่พึงประสงค์
การกระตุ้นการเผาผลาญออกซิเจนเป็นวิธีหนึ่งในการใช้โอโซนในการรักษาโรค มีรายงานว่าก๊าซโอโซนทำให้เกิดการเผาผลาญเพิ่มขึ้นภายในเซลล์เม็ดเลือดแดงซึ่งจะปล่อยออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อภายในร่างกายมากขึ้น เมื่อร่างกายมีออกซิเจนมากขึ้นจะมีความเชี่ยวชาญในการต่อสู้กับโรคมากขึ้น โอโซนได้รับการกล่าวขานว่าเป็นการเพิ่มการผลิตเอนไซม์ในร่างกายซึ่งทำหน้าที่เป็นสารกำจัดอนุมูลอิสระและตัวป้องกันเซลล์ที่แข็งแรง มีความคิดว่าเป็นปฏิกิริยาทางชีวเคมีอื่น ๆ ที่มีส่วนทำให้ประสิทธิภาพของโอโซนไม่เป็นที่เข้าใจ
เมื่อก๊าซโอโซนเข้าสู่ร่างกายมันจะถูกย่อยสลายในเปอร์ออกไซด์ เพอร์ออกไซด์จะถูกดึงดูดให้เซลล์ที่อ่อนแอหรืออ่อนแอ ถ้าเซลล์มีสุขภาพดีมันน่าจะมีเอ็นไซม์ที่จะต้านทานการแทรกซึมของเปอร์ออกไซด์ แต่เซลล์ที่อ่อนแอที่ติดเชื้อไวรัสแบคทีเรียหรือการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งนั้นไม่สามารถป้องกันการรักษาได้ ด้วยเหตุผลนี้โอโซนจึงเป็นวิธีการรักษาโรคที่ทำให้ร่างกายทรุดโทรมจำนวนมากรวมถึงโรคมะเร็งโรคอ่อนเพลียเรื้อรังและโรคเอดส์ บางส่วนของโรคเหล่านี้มีความคิดที่จะต้องได้รับการบำบัดด้วยโอโซนบำบัดหลายครั้งเพราะเชื้อโรคที่เกี่ยวข้องกับโรคต่าง ๆ มีความอ่อนไหวในระยะต่าง ๆ ของการพัฒนา
การบำบัดด้วยโอโซนมีแอพพลิเคชั่นเฉพาะสำหรับการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันเช่นกัน ได้มีการกล่าวว่าการรักษาด้วยโอโซนนั้นส่งเสริมการผลิตส่วนประกอบของระบบภูมิคุ้มกันเช่น interferon และ interleukin ซึ่งเป็นพื้นฐานของการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันที่มีประสิทธิภาพ ในเรื่องที่เกี่ยวกับการเสริมยาแผนโบราณสำหรับโรคเช่นโรคมะเร็งและโรคเอดส์การบำบัดด้วยโอโซนแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาว่าจะช่วยลดผลข้างเคียงของยาเคมีบำบัดที่รุนแรง เป็นที่เชื่อกันว่าศักยภาพของยาดังกล่าวอาจเพิ่มขึ้นในขณะที่มีการใช้โอโซนบำบัด
