高級氧化技術又稱做深度氧化技術，以產生具有強氧化能力的羥基自由基(·OH)、臭氧等為特點，使大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質。
臭氧氧化法具有較強的脫色和去除有機污染物的能力，主要通過直接反應和間接反應兩種途徑得以實現。直接反應是指臭氧與有機物直接發生反應，這種方式具有較強的選擇性，一般是進攻具有雙鍵的有機物，通常對不飽和脂肪烴和芳香烴類化合物較有效；間接反應是指臭氧分解產生·OH，通過·OH與有機物進行氧化反應。
Fenton法利用Fe和H202之間的鏈反應催化生成羥基自由基（·OH），能氧化各種有毒和難降解的有機化合物，以達到去除污染物的目的。特別適用于生物難降解或一般化學氧化難以奏效的有機廢水的氧化處理。