Otsonihoidon mahdolliset hyödyt vaihtelevat ja johtuvat osittain otsonikaasusta, jolla on antimikrobisia ja happea stimuloivia ominaisuuksia. Tutkimuksissa on osoitettu, että virukset, bakteerit ja alkueläimet inaktivoidaan oletettavasti tuhoamalla mikro-organismin ulkokalvo. Vaarantamalla ulkokuoren otsonikaasun sanotaan tunkeutuvan sisemmän solun sisään ja muuttavan DNA: n siihen pisteeseen, jossa ei -toivottu parasiittisolu muuttuu tehottomaksi. Endogeenisillä soluilla, kuten terveen ihmiskehon järjestelmässä, on hienostunut entsymaattinen järjestelmä, jonka sanotaan pystyvän vakauttamaan otsoniterapian mahdollisesti häiritsemän DNA: n, mikä auttaa otsonikaasua kohdistamaan ei -toivottuja mikrobeja.
Hapen aineenvaihdunnan stimulointi on yksi tapa, jolla otsonin sanotaan hoitavan patogeneesiä. Otsonikaasun kerrotaan lisäävän aineenvaihduntaa endogeenisten punasolujen sisällä, mikä puolestaan vapauttaa enemmän happea kehon sisäisiin kudoksiin. Kun keho hapettuu, se taistelee paremmin sairauksia vastaan. Otsonin sanotaan myös lisäävän kehossa entsyymien tuotantoa, jotka toimivat vapaiden radikaalien sieppaajana ja terveinä solunsuojina. Odotetaan olevan myös muita biokemiallisia reaktioita, jotka edistävät otsonin tehokkuutta ja joita ei ymmärretä hyvin.
Kun otsonikaasu tulee kehoon, se hajoaa peroksideiksi. Peroksidien sanotaan houkuttelevan sairaita tai heikentyneitä soluja. Jos solu on terve, siinä oletettavasti on entsyymejä, jotka vastustavat peroksidien tunkeutumista, mutta heikko solu, joka on saanut tartunnan viruksilla, bakteereilla tai syöpäkasvulla, on olennaisesti puolustuskyvytön hoitoa vastaan. Tästä syystä otsoni on mahdollinen hoito monille heikentäville sairauksille, mukaan lukien syöpä, krooninen väsymysoireyhtymä ja aids. Joidenkin näiden sairauksien uskotaan vaativan useita hoitoja otsonihoidolla, koska niihin liittyvä taudinaiheuttaja on alttiimpi sen eri kehitysvaiheissa.
Otsonihoidolla on myös erityisiä immuunijärjestelmän aktivaatiota koskevia sovelluksia. Sanotaan, että otsonikäsittely edistää immuunijärjestelmän komponenttien, kuten interferonin ja interleukiinin, tuotantoa, jotka ovat tehokkaan immuunijärjestelmän vasteen perusta. Mitä tulee perinteisen lääkitysohjelman täydentämiseen syöpien ja aidsin kaltaisille sairauksille, otsonihoito osoittaa lupausta auttaa tukahduttamaan ankarien kemoterapia -aineiden sivuvaikutuksia. Uskotaan myös, että tällaisen lääkityksen teho voi lisääntyä otsonihoidon aikana.