在食品行业中，臭氧目前被应用的最大领域为食品贮存与运输环节。臭氧对冷库中的蔬果、海鲜、肉类、鸡蛋等食品的贮存起到灭菌、防霉、保鲜的作用。虽然食品冷库内的低温可能会使有些细菌死亡，但有些致病菌对低温有极大的抵抗力，一旦温度回升，这些细菌就会“复苏”。尤其是冷却间及冷藏间，由于其温度适合嗜低温性细菌、霉菌及酵母菌的生长，会使贮存于内的食品大量损坏变质。使用臭氧会取得满意的灭菌效果。

臭氧杀灭细菌、霉菌类微生物的机制为作用于细胞膜，使细胞膜的构成受到损伤，从而导致其新陈代谢障碍并抑制生长。臭氧杀灭病毒的机制则是通过直接破坏其核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸(DNA)。因此，臭氧对细菌、霉菌、病毒等微生物具有极强的杀灭力。

此外，臭氧也应用于蔬菜水果的贮藏、运输，除了具有杀灭或抑制霉菌生长、防止腐烂作用之外，还具有防止果蔬老化的保鲜作用。其作用机制是臭氧可以氧化分解果蔬呼吸出的催熟剂——乙烯气体。因此，利用臭氧技术可以大大延长果蔬的保鲜、贮存时间，扩大其外运范围。