在光照下，如果光子的能量大于半導體禁帶寬度，其價帶上的電子（e-）就會被激發到導帶上，同時在價帶上產生空穴（h+）。當存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時，電子和空穴的復合得到抑制，就會在催化劑表面發生氧化還原反應。價帶空穴是良好的氧化劑，導帶電子是良好的還原劑，在半導體光催化反應中，一般與表面吸附的H2O、O2反應生成.OH和超氧離子O2-，能夠把各種有機物直接氧化成CO2和H2O等無機小分子，電子也具有強還原性，可以還原吸附在其表面的物質。激發態的導帶電子和價帶空穴能重新合并，并產生熱能或其他形式散發掉。
光催化的技術特征：
1）低溫深度反應
光催化氧化可以在室溫下將空氣中的有機污染物氧化。
2）綠色能源
光催化可利用太陽光作為能源來活化光催化劑，驅動氧化還原反應，而且光催化劑在反應中并不消耗。從能源角度而言，這一特征使光催化技術更具優勢。
3）氧化性強
大量研究表明，半導體光催化具有氧化性強的特點，對臭氧難以氧化的某些有機物都能有效地加以分解。
4）壽命長
理論上，光催化劑的壽命是無限長的。
5）廣譜性
光催化對從烴到墻酸的眾多種類有機物都有氧化效果，美國環保署公布的九大類114中污染物均被證實可通過光催化氧化法降解。
