Potencijalne prednosti terapije ozonom su različite i djelomično su posljedica plina ozona koji ima antimikrobna svojstva i svojstva koja stimuliraju kisik. Studije su pokazale da inaktivira viruse, bakterije i protozoe, vjerojatno uništavanjem vanjske membrane mikroorganizma. Kompromitirajući vanjsku ljusku, ozonski plin prodire u unutarnju stanicu i mijenja DNK do točke u kojoj neželjena parazitska stanica postaje neučinkovita. Endogene stanice, poput onih koje su prisutne u zdravom ljudskom tjelesnom sustavu, imaju sofisticirani enzimski sustav za koji se kaže da može stabilizirati DNK koja je možda bila poremećena ozonoterapijom, činjenica koja pomaže ozonskom plinu da cilja neželjene mikrobe.
Poticanje metabolizma kisika jedan je od načina na koji se kaže da ozon liječi patogenezu. Plin ozon navodno uzrokuje povećanje metabolizma unutar endogenih crvenih krvnih stanica, što zauzvrat oslobađa više kisika u tkiva unutar tijela. Kako tijelo postaje više oksigenirano, ono je vještije u borbi protiv bolesti. Ozon također povećava proizvodnju enzima u tijelu, koji djeluju kao hvatači slobodnih radikala i zaštitnici zdravih stanica. Smatra se da postoje druge biokemijske reakcije koje doprinose djelotvornosti ozona, a koje nisu dobro shvaćene.
Kako plin ozon ulazi u tijelo, on se razgrađuje u perokside. Kaže se da perokside privlače bolesne ili oslabljene stanice. Ako je stanica zdrava, vjerojatno ima enzime koji će se oduprijeti prodiranju peroksida, ali slaba stanica koja je zaražena virusima, bakterijama ili kancerogenim rastom u biti je bespomoćna protiv liječenja. Iz tog razloga, ozon je potencijalni lijek za mnoštvo iscrpljujućih bolesti, uključujući rak, sindrom kroničnog umora i AIDS. Smatra se da neke od ovih bolesti zahtijevaju višestruke tretmane ozonom jer je pridruženi uzročnik bolesti osjetljiviji u različitim fazama svog razvoja.
Terapija ozonom također ima specifične primjene za aktivaciju imunološkog sustava. Rečeno je da tretman ozonom potiče proizvodnju komponenti imunološkog sustava, poput interferona i interleukina, koji su temelj učinkovitog odgovora imunološkog sustava. Što se tiče nadopunjavanja tradicionalnog režima liječenja bolesti kao što su rak i AIDS, ozonska terapija obećava da će pomoći u suzbijanju nuspojava jakih kemoterapijskih sredstava. Također se smatra da se potentnost takvih lijekova može povećati dok se primjenjuje ozonska terapija.