三氧疗法的作用有抗炎抗感染、氧化胆固醇、止疼镇痛、刺激和增强机体的免疫功能、改善机体缺氧。
医用三氧接触体液可以产生过氧化氢，医用三氧(O3)和过氧化氢(H2O2)是两种强氧化剂，一旦进入体内就会直接杀死细菌、病毒和寄生虫等病原体或体内病变的细胞，并将其清除。医用三氧既然能氧化胆固醇，那么，用它来降血脂也肯定应该有效。后来的临床实践证实了科学家们的这一推测。三氧疗法能提高红细胞谷胱甘肽过氧化酶和葡萄糖6—磷酸脱氢酶的活性，增强脂质过氧化反应。臭氧能刺激脑啡肽等物质的释放，有类似化学针灸的作用。三氧疗法还能氧化灭活体内各种致痛物质。
三氧疗法刺激和增强机体免疫系统的机制可能是其可以和免疫细胞表面的不饱和脂肪酸反应生成脂质过氧化氢链，脂质过氧化氢链进入细胞内，可以激活核因子NFKB，从而激活细胞的mRNA的复制，转录和翻译，促进蛋白质的合成和细胞因子释放。三氧疗法通过与机体作用瞬间可增加自由基数量，诱导并激活机体抗氧化酶系统，使超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和还原酶等，自由基清除剂大量产生，清除机体过多的自由基，从而调节机体的抗氧化能力。