光化学氧化反应是指在光作用下，采用臭氧或双氧水等氧化剂将污水中有机物氧化分解成水、二氧化碳及其他离子、卤素离子等。

为使反应加快，光化学氧化反应中也开发使用了一些催化剂，光化学氧化变成了光化学催化氧化。