Die bakterizide und viruzide Wirkung der photokatalytischen Aktivität von TiO2 beruht auf der Bildung von Reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS), darunter Hydroxyl-Radikale HO, die vom Synergie-System des Titandioxid und Licht generiert werden. Die meisten Studien haben zu dem gleichen Ergebnis geführt, nämlich, dass das Hydroxyl-Radikal HO · die wichtigsten Art ist, die an der bakteriziden und viruziden Wirksamkeit der Photokatalyse beteiligt ist.
Das Hydroxyl-Radikal, das eine extrem kurze Lebensdauer hat, muss in der Nähe der Membran erzeugt werden, so dass es in der Lage ist, die Komponenten zu beseitigen. Die extrem kurze Lebensdauer und die Tatsache, dass sie auf einer Oberfläche erzeugt ist, machen sie für Menschen harmlos.
Die wirksamsten hochentwickelten Oxydations-Systeme beruhen auf der Erzeugung von Hydroxyl-Radikalen. Das Hydroxyl-Radikal ist ein extrem starkes Oxidationsmittel. Aufgrund seiner starken oxidativen Kapazität, kann die photokatalytische Oxidation effektiv desinfizieren, desodorieren und Luft, Wasser und anderen Oberflächen reinigen.
Photokatalyse tötet nicht Bakterienzellen, sondern zersetzt sie. Es wurde der Nachweis erbracht, dass Titandioxid effektiver als andere antibakterielle Agenten ist, weil die photokatalytische Reaktion auch dann stattfindet, wenn es Zellen gibt, die die Oberfläche abdecken und die Vermehrung von Bakterien aktiv ist. Da es an der Oberfläche aktiv wird und den Biofilm der Bakterien umgeht, ist es wirksam, wo andere traditionelle chemischen Desinfektionsmittel weniger leistungsfähig sind. Zusätzlich wird das Endotoxin der abgestorbenen Zelle durch die photokatalytische Wirkung zerlegt. Das Titandioxid wird nicht abgebaut und zeigt eine langfristige bakterielle und viruzide Wirkung. Im Allgemeinen ist die Desinfektion mittels Titandioxid 3 Mal wirksamer als die mit Chlor, und 1,5 Mal wirksamer als die mit Ozon.
In einer ähnlichen Weise wie Bakterien, müssen auch Viren ohne unzumutbare Schädigungen der Wirtszellen zerstört werden. Viren mit Hülle, wie HIV, sind generell anfällig für Photo-Inaktivierung, im Gegensatz zu Viren ohne Hülle: Dies zeigt, dass die virale Hülle, und nicht die Nukleinsäuren, das Ziel der Photosensibilisierung sind.