La ozonoterapia provoca cambios en las cargas eléctricas de la membrana eritrocitaria, normalizando la transferencia de oxígeno a los tejidos. Además, en este proceso se recupera la elasticidad de los eritrocitos, permitiendo su paso a través de capilares de menor calibre, mejorando las propiedades reológicas de la sangre.

El ozono es, posiblemente, el mayor y más rápido germicida existente en la naturaleza, no sólo frente bacterias, sino también virus, hongos, esporas y algas. Esta cualidad germicida aporta gran seguridad en su administración ya que existe un riesgo mínimo de sepsis o infección local, problema siempre a tener en cuenta cuando se utilizan infiltraciones con otros medicamentos, como corticoides o aines. El ozono en forma tópica desarrolla un ataque directo sobre el germen destruyendo su membrana por la acción sobre los ácidos grasos poli-insaturados de su membrana.

El ozono es un gas inestable, desaparece de inmediato, al contrario de otros, como el oxígeno o nitrógeno que, son estables y pueden ser almacenados. Esa inestabilidad comienza desde el momento que se genera.  Mientras no entre en contacto con moléculas biológicas, es decir, mientras permanezca dentro de la jeringa, sin contaminantes en su interior, va desapareciendo gradualmente al reaccionar con el propio oxígeno que existe en el interior de la jeringa. Es un proceso similar al que ocurre en la estratósfera mediante el ciclo de Chapman, aunque aquí se mantiene el ozono pues existe una fuente de energía que actúa sobre el oxígeno, los rayos ultravioleta B del Sol. En el interior de la jeringa que hemos cargado con mezcla de oxígeno-ozono se van generando continuamente moléculas de oxígeno hasta desaparecer totalmente el ozono. En menos de media hora desaparecerá todo el ozono posiblemente. Cuanta menor sea la temperatura más tiempo de vida media perdurará el ozono.

Al contactar el ozono con cualquier molécula biológica que posea dobles enlaces de carbono provoca una reacción  inmediata, en milisegundos, más rápida que un flash. A esta velocidad el ozono ha reaccionado, desaparecido y formado moléculas intermediarias. Algunas, como los hidroperóxidos, de vida media más larga. 

Los dobles enlaces de carbono son estructuras químicas que se encuentra en los ácidos grasos insaturados o poli-insaturados que conforman los fosfolípidos y otras macromoléculas biológicas del organismo.  

Los fosfolípidos están en todas las membranas celulares. Es fácil comprender que la reacción primaria del ozono se da en este nivel, en la membrana celular. Si la célula expuesta al ozono posee defensas antioxidantes  el ozono provoca una reacción a nivel de membrana y activa los mecanismos intermediarios, pero no matará ni dañará a la célula. Ya que las defensas antioxidantes neutralizan la respuesta oxidante. Es lo que ocurre en las células de nuestro organismo. Decimos que ha existido un estrés oxidativo que origina una respuesta celular.  Pero si la célula no posee o es deficitaria de defensas antioxidantes, pero sí posee fosfolípidos en su membrana, como ocurre en todos los gérmenes, lo que sucede será la destrucción de cualquier germen. 

En organismos vivos el efecto germicida no es el mismo que el que se observa in vitro. Existe un potente efecto germicida (oxidante) en el primer punto de contacto. Cuanto mayor sea la superficie de contacto más efecto germicida. Pero una vez que contacta y se satura, en milisegundos desaparece y forma los compuestos intermedios, hidroperóxidos, lipoperóxidos, aldehídos y ozónidos. Estos compuestos intermediarios actúan como moléculas señal activando mecanismos bioquímicos intracelulares que dan lugar a efectos variados, entre ellos la modulación del sistema inmunológico y el aumento de la oxigenación. Ambos actuarán progresivamente en el fortalecimiento inmunológico y por tanto en la defensa anti infecciosa.

La acción inmunológica del ozono sobre la sangre está dirigida sobre los Linfocitos T y monocitos fundamentalmente, que inducidos, liberan pequeñas cantidades de citocinas, alivios endógenos que no tienen los inconvenientes del interferón farmacológico. Por otro lado, el ozono también aumenta antagonistas de citocinas capaces de suprimir la citotoxicidad autoreactiva.