由二氧化钛带来的光催化灭菌消毒作用得益于ROS（活性氧），其中羟基HO-由二氧化钛和光共同作用产生。大部分研究都得到同一种结论，即羟基HO-是光催化反应中起到灭菌消毒作用的主要因素。

羟基存在的时间极短，必须在离细胞膜极其近的距离下产生才能进入细胞破坏其成分。它存在时间短，并且只由特定一种表面产生，所以对人体无害。

羟基的出现激发了最强烈的后期氧化反应。羟基是极强烈的氧化物。正因为它的强氧化能力，光催化氧化才能有效地对空气、水和其它表面进行清洁、净化和除异味。

光催化不仅仅是杀死细菌细胞，还能将其进行分解。二氧化钛已经被证实是所有抗菌物质中最有效的一种，因为即使是在细胞覆盖表面和细菌持续增殖的情况下，它依然能激发光催化反应，并在表面激活并包围由细菌产生的生物膜，而传统化学消毒剂的效果相比之下逊色不少。另外，细胞死亡所产生的内毒素也能在光催化反应中被分解。二氧化钛本身并不分解而是起到了长期灭菌消毒的效果。通常，通过二氧化钛进行消毒达到的效果是氯的3倍，臭氧的1.5倍。

和细菌类似，病毒也必须在对宿主细胞产生不可修复的损伤之前被消灭。包膜病毒，如HIV病毒，和非包膜病毒恰恰相反，通常易受光化学反应的影响而失去活性：这说明光敏反应的目标正是病毒包膜，而不是核酸。