Os benefícios potenciais da terapia com ozônio são variados e são devidos, em parte, ao gás ozônio com propriedades antimicrobianas e estimulantes de oxigênio. Foi demonstrado em estudos que inativa vírus, bactérias e protozoários, presumivelmente destruindo a membrana externa do microrganismo. Ao comprometer a camada externa, diz-se que o gás ozônio penetra na célula interna e altera o DNA a um ponto em que a indesejada célula do parasita se torna ineficaz. As células endógenas, como as presentes em um sistema saudável do corpo humano, têm um sistema enzimático sofisticado que é considerado capaz de estabilizar o DNA que pode ter sido interrompido pela terapia de ozônio, um fato que ajuda o gás ozônio a atingir micróbios indesejados.
A estimulação do metabolismo do oxigênio é uma forma pela qual o ozônio trata a patogênese. O gás ozônio causa um aumento do metabolismo dentro dos glóbulos vermelhos endógenos, que, por sua vez, libera mais oxigênio para os tecidos do corpo. À medida que o corpo fica mais oxigenado, ele se torna mais hábil no combate a doenças. Diz-se que o ozônio também aumenta a produção de enzimas no corpo, que agem como eliminadores de radicais livres e protetores de células saudáveis. Acredita-se que haja outras reações bioquímicas que contribuem para a eficácia do ozônio que não são bem compreendidas.
Conforme o gás ozônio entra no corpo, ele é decomposto em peróxidos. Diz-se que os peróxidos são atraídos por células doentes ou enfraquecidas. Se uma célula é saudável, presumivelmente tem enzimas que resistirão à penetração dos peróxidos, mas uma célula fraca que foi infectada com vírus, bactérias ou crescimento canceroso está essencialmente indefesa contra o tratamento. Por esse motivo, o ozônio é um tratamento potencial para uma infinidade de doenças debilitantes, incluindo câncer, síndrome da fadiga crônica e AIDS. Acredita-se que algumas dessas doenças requeiram tratamentos múltiplos com terapia com ozônio, porque o patógeno associado à doença é mais suscetível em diferentes estágios de seu desenvolvimento.
A terapia com ozônio também tem aplicações específicas para a ativação do sistema imunológico. Diz-se que o tratamento com ozônio estimula a produção de componentes do sistema imunológico, como interferon e interleucina, que são a base de uma resposta eficaz do sistema imunológico. No que diz respeito à suplementação de um regime de medicação tradicional para doenças como câncer e AIDS, a terapia com ozônio se mostra promissora em ajudar a conter os efeitos colaterais dos agentes quimioterápicos agressivos. Também se pensa que a potência desse medicamento pode ser aumentada durante a administração da terapia com ozônio.