在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴（h+）。当存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时，电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生氧化还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，一般与表面吸附的H2O、O2反应生成.OH和超氧离子O2-，能够把各种有机物直接氧化成CO2和H2O等无机小分子，电子也具有强还原性，可以还原吸附在其表面的物质。激发态的导带电子和价带空穴能重新合并，并产生热能或其他形式散发掉。
光催化的技术特征：
1）低温深度反应
光催化氧化可以在室温下将空气中的有机污染物氧化。
2）绿色能源
光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化还原反应，而且光催化剂在反应中并不消耗。从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具优势。
3）氧化性强
大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物都能有效地加以分解。
4）寿命长
理论上，光催化剂的寿命是无限长的。
5）广谱性
光催化对从烃到墙酸的众多种类有机物都有氧化效果，美国环保署公布的九大类114中污染物均被证实可通过光催化氧化法降解。
