Ozona terapijas potenciālie ieguvumi ir dažādi, un tos daļēji nosaka ozona gāze, kurai piemīt pretmikrobu un skābekli stimulējošas īpašības. Pētījumos ir pierādīts, ka tas inaktivē vīrusus, baktērijas un vienšūņus, iespējams, iznīcinot mikroorganisma ārējo membrānu. Tiek uzskatīts, ka, apdraudot ārējo apvalku, ozona gāze iekļūst iekšējā šūnā un maina DNS līdz vietai, kur nevēlamā parazīta šūna kļūst neefektīva. Endogēnajām šūnām, tāpat kā veselīgā cilvēka ķermeņa sistēmā esošajām šūnām, ir sarežģīta enzīmu sistēma, kas spēj stabilizēt DNS, ko, iespējams, ir izjaukusi ozona terapija, un tas palīdz ozona gāzei mērķēt uz nevēlamiem mikrobiem.
Skābekļa metabolisma stimulēšana ir viens no veidiem, kā ozons var ārstēt patoģenēzi. Tiek ziņots, ka ozona gāze izraisa metabolisma palielināšanos endogēno sarkano asins šūnu iekšienē, kas savukārt izdala vairāk skābekļa ķermeņa audos. Tā kā ķermenis kļūst vairāk piesātināts ar skābekli, tas ir kvalificētāks cīņā pret slimībām. Ir teikts, ka ozons arī paātrina enzīmu veidošanos organismā, kas darbojas kā brīvo radikāļu iznīcinātāji un veselīgu šūnu aizsargi. Tiek uzskatīts, ka ir arī citas bioķīmiskas reakcijas, kas veicina ozona efektivitāti un kuras nav labi saprotamas.
Ozona gāzei nokļūstot organismā, tā sadalās peroksīdos. Tiek uzskatīts, ka peroksīdus piesaista slimas vai novājinātas šūnas. Ja šūna ir vesela, tajā, iespējams, ir fermenti, kas pretojas peroksīdu iekļūšanai, bet vāja šūna, kas ir inficēta ar vīrusiem, baktērijām vai vēža augšanu, būtībā ir neaizsargāta pret ārstēšanu. Šī iemesla dēļ ozons ir potenciāls līdzeklis daudzām novājinošām slimībām, tostarp vēzim, hroniska noguruma sindromam un AIDS. Tiek uzskatīts, ka dažām no šīm slimībām ir nepieciešama vairākkārtēja ārstēšana ar ozona terapiju, jo saistītais slimības patogēns ir jutīgāks dažādos tā attīstības posmos.
Ozona terapijai ir arī specifiski pielietojumi imūnsistēmas aktivizēšanai. Ir teikts, ka ozona apstrāde veicina imūnsistēmas komponentu, piemēram, interferona un interleikīna, ražošanu, kas ir efektīvas imūnsistēmas reakcijas pamatā. Kas attiecas uz tradicionālās medikamentu lietošanas shēmas papildināšanu tādām slimībām kā vēzis un AIDS, ozona terapija ir daudzsološa, palīdzot mazināt skarbo ķīmijterapijas līdzekļu blakusparādības. Tiek arī uzskatīts, ka šādu zāļu iedarbība var palielināties, kamēr tiek ievadīta ozona terapija.