Vysoce efektivním řešením je aplikace ozónu nebo jeho kombinace s UV zářením, případně kombinace s peroxidem vodíku. Ozón se řadí mezi nejsilnější dezinfekční a oxidační činidla. Ozón je namodralý plyn těžší než vzduch, silně dráždivý, působící toxicky. Je nejsilnějším oxidantem používaným k likvidaci organických a anorganických nečistot a k hygienickému zabezpečení vody v bazénech. Pro svou nestálost se musí vyrábět v místě spotřeby – elektrickým výbojem vysokého napětí.
3 O2 + 2.89 * 105 J → 2 O3
Ozón je značně nestálý a rychle se rozpadá na molekulu kyslíku a velmi reaktivní atomární kyslík:
2 O3 2 O2 + 2 O
Schopnost ozónu usmrcovat mikroorganizmy ve vodě je vysoká na Bacterium coli a spóry cca 300x vyšší než chlorem. Usmrtí běžně se vyskytující bakterie až stokrát rychleji než chlor. Rychle a spolehlivě ničí také velmi odolné druhy nebo formy patogenních mikroorganizmů, které chlor a jiné dezinfekční prostředky nejsou schopny zlikvidovat. Oxidační schopnosti ozónu jsou výrazně vyšší než účinky chloru, a proto efektivně odstraňuje organické i anorganické látky. Oxidace organických látek ozónem má za následek mikroflokulační efekt, který ve spojení s vhodnou technikou zlepšuje účinnost filtrace. V případě kombinace ozónu s peroxidem vodíku nebo s UV zářením se dezinfekční a oxidační účinky dále zvyšují v důsledku tvorby OH radikálů. Ozón proto nachází stále širší uplatnění také při výrobě pitné vody a úpravě minerálních vod, čištění odpadních vod, likvidaci ekologických problémů, čištění a dezodorizaci vzduchu a v dalších aplikacích. Ozón je nestabilní formou kyslíku, a proto musí být připravován přímo na místě použití.
Generátory produkují ozón v tichém elektrickém výboji z kyslíku, který je přítomen ve vzduchu nebo z čistého kyslíku, který se dodává v tlakových lahvích (nevhodné pro soukromé bazény). V bazénové vodě se ozón nespotřebovaný na oxidaci nebo dezinfekci rozloží poměrně rychle na molekulární kyslík – za cca 10-20 minut se koncentrace ozónu sníží na polovinu. Také ozón přítomný ve vzduchu se poměrně rychle rozkládá zpět na kyslík. Z bezpečnostních důvodů je však součástí ozonizačního zařízení destruktor zbytkového plynného ozónu, ve kterém se ozón rozloží, ozonizační zařízení musí být umístěno v dobře větraném prostoru.
V případě, že se jedná o veřejný bazén, bývá do cirkulačního okruhu vody zařazen za ozonizací filtr s aktivním uhlím, ve kterém se ozón rozpuštěný ve vodě rozloží. Stejného efektu lze dosáhnout i při použití kombinace ozón-UV záření. Při nízkých koncentracích ozónu v bazénové vodě do cca 0,15 mg/l nebyly pozorovány negativní účinky ani při dlouhodobém působení. Voda obsahující ozón zlepšuje prokrvení pokožky i stav některých kožních onemocnění a má tedy pozitivní terapeutické účinky. Jediné známé riziko představují toxické bromičnanové anionty, které se mohou tvořit ve velmi nízkých koncentracích ve vodách obsahujících bromidy při pH>7,1. Vzhledem k nestabilnímu charakteru molekuly ozónu je ozonizace především ve veřejných bazénech kombinována s aplikací nízkých dávek chloru, který zabezpečí trvalou dezinfekci vody v bazénu i v době, kdy je filtrace a ozonizace vypnuta na krátkou dobu vypnuta. V případě bazénů s dobrou hydrodynamikou a filtrací (především privátních) však může postačovat průběžné ošetřování vody pouze ozónem. I v těchto případech je většinou nutno doplňovat průběžnou ozonizaci oxidačními šoky prováděnými buď ozónem, nebo chlorovými přípravky, peroxosíranem sodným a pod. Pro koncentraci ozónu ve vodě veřejných bazénů platí v ČR hygienický limit 0,05 mg/l O3. Účinek ozónu na lidské zdraví je zásadně odlišný u ozónu, který je rozpuštěn ve vodě a ozónu přítomného v ovzduší. Proto se vyžaduje velká pozornost kontrole koncentrace ozónu v ovzduší (hodnoty koncentrace přízemního ozónu se objevují i ve zprávách o stavu ovzduší ve městech). Ozón má karcinogenní účinky nebezpečné pro člověka. Únik ozónu doprovází charakteristický zápach jako u tichého výboje elektrického proudu. Ozonizační zařízení by mělo procházet pravidelnými preventivními prohlídkami.
V ČR platí od roku 2003 pro ovzduší veřejných bazénů hygienický limit obsahu ozónu ve vzduchu 100 µg/m3. Ve světě je však pro bazény všeobecně akceptován skoro dvojnásobný limit. Pro bazény se dodávají kompaktní ozonizační komplety, které obsahují automatickou sušičku vzduchu, generátor ozónu, pomocné čerpadlo, reakční nádrž a destruktor zbytkového plynného ozónu. Zařízení s pomocným čerpadlem je instalováno v ochozu k hlavnímu průtoku vody. Směs ozónvzduch je s vodou směšována v injektoru. Součástí kompletu jsou také prvky zabezpečující ochranu generátoru a sušičky vzduchu před vniknutím vody, tj. zpětný ventil a vodní uzávěr. Zařízení může být doplněno o automatický systém řízení. Hlavní přínos ozonizace spočívá v kvalitě vody, která je jiskřivě čistá a bez zápachu, nedráždí oči, sliznici a pokožku. U bazénových technologií pro soukromé bazény se ozonizace začala uplatňovat až od používání tzv. doplňkové či částečné ozonizace, kdy se nesytí celý objem cirkulované vody, ale jen určité potřebné množství. Zařízení musí mít jen takovou velikost, aby vyrábělo jen tolik ozónu, které se při oxidaci stačí spotřebovat. Při částečné ozonizaci se z cirkulace bazénové vody vyvede odbočka za filtrem pro asi ¼ až1/5 protékajícího objemu vody. Zde se voda sytí ozónem, a takto upravená voda je přivedena zpět do cirkulačního potrubí. V přepočtu vychází při částečné ozonizaci dodávka ozónu asi na 0,05-0,1 g/m3 cirkulované vody, u některých systémů i nižší. Ozonizačních přístrojů se vyskytuje v nabídce bazénových firem řada – jedná se o malá, ale poměrně nákladná zařízení.