Изключителните окислителни свойства на озона са довели до идеята за неговото използване не само за дезинфекия, а и за лечение на различни видове заболявания. Първите научни експерименти в тази посока датират от 50-те години на миналия век. Методите на директно прилагане на озона се ограничават най-вече от неговата нетрайност – той трябва да бъде произведен на място в достатъчно количество и с необходимото качество. Уредите за това са скъпи и затова тези методи не са особено разпространени.
Въпреки това, озонотерапията набира скорост. Например, има метод за лечение на кариес в начална фаза, при които зъбът се третира за няколко минути с озон с висока концентрация, това унищожава бактериите, причинители на кариес, след което се прилагат минерализиращи пасти за възстановяване плътността на емайла. В резултат – зъбът е излекуван без използването на гадната машинка и при запазване на първоначалния му вид.
В клиниките по озонотерапия се използват инвазивни методи като подкожно инжектиране на медицински озон (смес от озон и кислород), озониране на кръвна плазма и др. Всички такива методи трябва да се прилагат в контролирана среда (лечебно заведение) и изискват специална квалификация на лекарите, тъй като имат потенциала да нанесат сериозни щети при неправилна употреба.
Газообразен озон се прилага на някои места за лечение на кожни заболявания, като за целта се създават специални апликатори, покриващи проблемното място. Третира се с озон с висока концентрация за известно време. Друго приложение на газообразния озон е лечението на ректални и вагинални инфекции чрез използване на специални апликатори.
Голям проблем с този метод е, че много трудно се постига достатъчно добро уплътняване, така че да не бъде изпускан газообразен озон в околния въздух, тъй като дишането на озон с висока концентрация е опасно за здравето.
Озонирана вода може да се използва за лечение на широк кръг заболявания – гъбични и бактериални инфекции по кожата, ноктите и лигавиците, пърхот, акне, афти, инфекции на стомаха, включително гастрит и язва. Всеки може да си я произведе сам и на място, стига да има подходящ генератор. Този метод, обаче, имат и някои неудобства – третирането е предимно външно, не може да се постигне висока концентрация на озон във водата, тя трябва да се използва веднага след получаването или по време на него, защото озонът се разпада и концентрацията му пада много бързо.
В определени условия и по специална технология може да се постигне химическо свързване на озона с водата. Това съединение, обаче, е също така нетрайно. Изисква се дестилирана вода с много голяма чистота, специални стъклени съдове и съхранение в хладилник. Значително по-просто е получаването и употребата на озонирани масла за същата цел.