光催化是在一定波長光照條件下，半導體材料發生光生載流子的分離，光生電子和空穴再與離子或分子結合生成具有氧化性或還原性的活性自由基，這種活性自由基能將有機物大分子降解為二氧化碳或其他小分子有機物以及水，在反應過程中這種半導體材料也就是光催化劑本身不發生變化。

半導體光催化劑大多是n型半導體材料都具有區別于金屬或絕緣物質的特別的能帶結構，即在價帶和導帶之間存在一個禁帶。由于半導體的光吸收閾值與帶隙具有式K=1240/Eg(eV)的關系，因此常用的寬帶隙半導體的吸收波長閾值大都在紫外區域。當光子能量高于半導體吸收閾值的光照射半導體時，半導體的價帶電子發生帶間躍遷，即從價帶躍遷到導帶，從而產生光生電子(e-)和空穴(h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成羥基自由基。而超氧負離子和羥基自由基具有很強的氧化性，能將絕大多數的有機物氧化至產物CO2和H2O，甚至對一些無機物也能徹底分解，從而達到高效除臭的目的。