臭氧脱硝系统采用臭氧作为脱硝的反应物，把臭氧通过臭氧格栅均匀的注入烟气中，把不溶性的氮氧化物（NO）转变成为水溶性氮氧化合物（NO2或N2O3，或N2O5）。臭氧可通过臭氧发生器在现场按烟气中的氮氧化物浓度来定量生产。

臭氧脱除氮氧化物是一个低温系统，不需要像 SCR和SNCR系统那样需要较高的温度窗口。臭氧发生器可以是对生产过程中烟气中的NOx量做出及时的响应。无论烟气流量或者氮氧化物含量的波动，臭氧发生系统都可以在线及时响应，在节省能量的同时控制净烟气中氮氧化物的排放量。

臭氧脱硝系统对酸性气体或微粒没有不良的敏感性，一些微粒甚至可能提高反应，这些微粒会促进催化氧化反应。通过一系列的反应不溶性NO转化为了NO2并会形成可溶性N2O5。N2O5是高度可溶性，并迅速与烟气中的水分发生反应，形成硝酸。

NO经臭氧转化后进入脱硫塔，在脱硫塔中NO2、N2O5等氮氧化物迅速的与喷淋下来的碱性浆液接触反应，生成硝酸盐等物质，随着脱硫副物硫酸盐一起进入脱硫后处理装置。臭氧与NOx的反应是非常快速的，这使臭氧成为在处理NOx时具有较高的选择性，通过控制反应时间和臭氧的数量很容易控制对CO和SOx等化合物的氧化反应，使得在脱硝中臭氧利用率高。NO和NO2溶解度：

当臭氧数量足够多时，可以将NOx氧化成为N2O5，然后生成硝酸（或者硝酸盐），主要的化学反应如下：

NO+O3→NO2+O2

2NO2+O3→N2O5+O2

N2O5+H2O→2HNO3