光催化凈化技術主要是利用光催化劑二氧化鈦(TiO2)吸收外界輻射的光能，使其直接轉變為化學能。當能量大于禁帶寬度的光照射半導體時，光激發電子躍遷到導帶，形成導帶電子(e-)，同時在價帶留下空穴階(h+)。由于半導體能帶的不連續性，電子和空穴的壽命較長，它們能夠在電場作用下或通過擴散的方式運動，與吸附在半導體催化劑粒子表面上的物質發生氧化還原反應，或者被表面晶格缺陷俘獲。空穴和電子在催化劑粒子內部或表面也能直接復合，空穴能夠同吸附在催化劑粒子表面的HO-或H2O發生作用生成自由基HO?，HO?是一種活性很高的粒子，能夠無選擇的氧化多種有機物并使之礦化。