氧化锌纳米颗粒在受到大于禁带宽度能量的光子照射后，会产生电子一空穴对。空穴具有很强的氧化性，与表面的OH反应生成氧化性很高的羟基自由基，活泼的羟基自由基可以杀死多种细菌和病毒，也可以与很多难生物降解的有毒有机物反应生成二氧化碳和水等无机物。
氧化锌纳米材料有很强的吸附有机污染物的能力；而且与普通颗粒相比，它几乎不引起光的散射，因而具有很强的光催化降解有机物的能力，被认为是一种具应用前景的高效活性光催化剂。氧化锌纳米颗粒光催化降解水中有机污染物的光催化机理。该反应可以分为如下几个过程：首先光源激发，电子从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴，从而生成电子一空穴对；然后电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，参与氧化还原反应，还原和氧化吸附在表面上的物质。
光致空穴具有很强的得电子能力，具有强氧化性，可夺取半导体颗粒表面有机物或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质被活化氧化。同时，光生空穴还与水作用生成具有强氧化性的羟基自由基，能够无选择性地攻击大部分的有机物。电子从导带传送给反应物的过程当中，会与溶液体系所提供的分子氧形成过氧阴离子及其质子化形式，然后发生歧化反应生成过氧化氢。过氧化氢能与电子继续作用生成羟基自由基。后，经过一系列反应，将污染物降解成为水、二氧化碳以及矿化物。