光化学及光催化氧化法是研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
光催化氧化技术利用光激发氧化将O₂、H₂O₂等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光，包括uv-H₂O₂、uv-O₂等工艺，可以用于处理污水中CCl₄、多氯联苯等难降解物质。另外，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H₂O₂分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。