由于二氧化钛等光催化剂为半导体，因此当它接收光能时，它的价态电子会被励起成高能态并发出电子。 如果 此时接收到的能量足够高，则价态带中的电子（e-）会跃起形成传导带,参与氧和有机物的氧化反应。 由于电子跃升的能量是从光获取的，所有获取的能量与光的波长有关(即E=hv=hc/λ)。对于二氧化钛光催化剂而言，电子跃升需要比紫外线的波长（400nm）短的波长，因此，通常的光氧催化装置均使用紫 外线灯作为光源。随着技术的进步，最近能利用可见光的光氧催化剂也已经出现。