臭氧化过程被活性氧（ros）和脂质氧化物（lops）的生成分为两个阶段。无论是发生在血管外还是在血管内，活性氧生成之后立即发生作用，很快消失。脂质氧化物通过体液循环分布到组织的各个部分，最后只有一些分子与细胞受体结合。以上两种物质的药物动力学特点使它们潜在毒性最小化，同时使它们变为迟发的和长效的“信使”。
血浆中活性氧的生成是极为迅速的，可以被短暂的、小量的臭氧激发获得，根据臭氧剂量的不同，机体抗氧化能力发生5％至25％的下降。重要的是，机体抗氧化能力在15至20分钟内恢复正常水平得益于被氧化物有效的循环，如从脱氢抗坏血酸到维生素ｃ的过程。过氧化氢可以轻易的在血浆和细胞之间扩散，在细胞浆中突然出现代表着触发性的刺激物：根据细胞类型的不同。不同的生物化学路径将被同时激发在红细胞、粒性白细胞、血小板进而发生众多的生物学影响。需要说明的是在血浆和细胞浆之间存在这一个梯度。细胞内过氧化氢的浓度是仅仅大约是血浆内的1/10。过氧化氢会被血浆中的高浓度谷胱甘肽、或氧化氢酶、谷胱甘肽过氧物酶还原，虽然如此，为了激发若干生物化学反应路径过氧化氢必须在阈值浓度以上。
作为细胞内重要的信使分子之一的过氧化氢作用与不同血细胞。大量的红细胞中和了大量过氧化氢。谷胱甘肽被氧化成氧化型谷胱甘肽。对于谷胱甘肽还原型与氧化型的比率非常敏感，细胞会通过平移氧化型谷胱甘肽或是靠支出维生素ｃ或是还原型辅酶ⅱ（作为重要的电子供应者）来还原氧化型谷胱甘肽。接下来，氧化型辅酶ii在激发磷酸戊糖途径后被还原，在这个过程中葡萄糖6－磷酸脱氢酶是关键酶。我们已经测出atp的生成有小量的但是显著的增加。但是戊糖循环循环或是磷酸果糖激酶或是两者同时被激发仍然需要被澄清。另外，在短时间内，回输红细胞提高了氧（o2）对于缺血组织的传递，因为基于波尔效应造成细胞内ph值的轻度下降和/或2,3二磷酸甘油酸酯（2,3-dpg）水平的提高使氧血红蛋白解离曲线向右侧转换。显然，一次臭氧自体血回输治疗的效果是非常小的，我们需要臭氧氧化至少2.5至4升的血液在30－60天之内。在这段时期内，脂质氧化物作为对于骨髓的重复应激因子，伴有抗氧化酶的红细胞发生过程中，经常性的刺激造成机体对于臭氧应激的适应。结果是，接受臭氧治疗伴有肢体缺血的患者能够得到临床改善，因为日益增多的红细胞生成能够将氧气更多的带到患者的缺血组织。但是，最终的改善也是由于缺血局部从血小板和内皮细胞释放的no、co、生长因子。
尽管臭氧是最有潜力的抗感染药物之一，矛盾的是它还是不能灭活在活体内的细菌、病毒、真菌，因为病原体会被很好的保护，特别是在细胞内，通过强大的抗氧化系统。因此，臭氧通过刺激中性粒细胞和刺激某些细胞因子的合成。过氧化氢再一次作为重要的信使，进入血液单核细胞细胞浆，通过氧化半胱氨酸，激活酪氨酸激酶，磷酸化转录因子、核因子kb,该因子导致异源二聚体（p50 p65）的释放。这个因子继续进入细胞核，打开数百个因子，它们对于若干蛋白合成起到作用，在这些蛋白中有急性期反应物和许多的白介素。在以往，我们已经在体外环境中监测过从臭氧血释放的若干细胞因子。一旦臭氧化的粒细胞进入循环后，它们就会淋巴微环境下安家，连续的释放细胞因子，通过旁分泌方式对于临近的细胞进行抑制状态免疫系统的再激活。以上被形容为生理性细胞因子反应，这个过程是内生性免疫系统的一部分，帮助我们在有害环境中生存。
在血液臭氧化的过程中，特别是用肝素进行抗凝时，我们注意到血小板活性发生剂量依赖性的增长，伴有连续典型的生长因子的释放，它们会在缺血性病人中会增强慢性溃疡的愈合。无论什么时候可能的话，肝素作为抗凝剂的作用应该枸橼酸钠替代，因为它会加强生物化学方面和电子传递传递方面的反应。
在臭氧处理的血液重新输入供体的过程中，大量的内皮细胞将会被脂质氧化物激活，从而导致no、血浆s－亚硝基硫醇和s－亚硝基血红蛋白蛋白的产生增多。no的半衰期不到一秒，蛋白绑定no可以发挥血管扩张作用，在远端的缺血血管处仍然有相关的治疗作用。
另外，基于有机体对于低水平的臭氧暴露存在耐受现象，高水平暴露存在有害结果的现象，应该诱导一个机体适应的和产生有益效果的反应。假设脂质氧化物作为一个远程的信使，脂质氧化物可以传递急性氧化应激的信息到所有的器官。因为它能够在红细胞发生过程中上调抗氧化酶，与骨髓特别相关，允许可能向再生的梗塞的器官释放雄蕊细胞。另外，对于内分泌腺和中枢神经系统的刺激可以帮助我们理解为什么大多数患者在臭氧治疗过程中会出现轻松的感觉。或许因为提高的代谢水平，或是提高的激素或是神经递质的释放。
臭氧可以诱导能够逆转慢性氧化应激的抗氧化反应矛盾的事实普遍存在与动植物世界，基于这种现象有非常多的实验事实。另外，关于在臭氧治疗过程中升高的抗氧化酶和ho-1也支持上述事实。除了作为一种氧化剂的情况，正确的使用臭氧可以提高抗氧化能力，抗氧化能力是机体度过病毒感染、缺血、细胞退行性变的重要因素。