深度氧化法以生成氧化自由基为主体，利用自由基引发链式氧化反应迅速破坏有机物的分子结构，达到氧化降解有机物的目的。根据产生自由基的方式和条件的不同，深度氧化法可分为湿式氧化法、超临界水氧化法、光化学氧化法以及其它的催化氧化法。杨世迎等提出：在 250 mL 金橙印染废水（浓度 250～1000mg/L）中加入活化过硫酸盐和催化剂（包括活性炭、硫化物、金属氧化物、铁氧体或碳化硅），然后置于频率 2450 MHz、功率 800W 的微波发生器辐射 2～8 min，随着降解时间的延长、催化剂加入量的增加，有机物的降解率逐渐增加。

    该方法处理时间短，加热均匀，无二次污染，启动和停止加热非常迅速，无需复杂设备，对难生化废水（BOD ₅ /COD 小于 0.2）可达到较好的处理效果。艾智慧等将过渡金属、过渡金属氧化物或过渡金属/过渡金属氧化物复合材料作为异相芬顿试剂，代替活性炭。由于过渡金属和过渡金属氧化物可以缓慢释放金属离子，从而保证过硫酸盐芬顿催化氧化水处理方法持久高效地净化水中的有机物。王俊芳等对 O ₃ /H ₂ O ₂ 高级氧化技术在难降解有机废水处理中的应用进行了评述，指出 O ₃与 H ₂ O ₂ 的合适比例对废水的处理效果有重要影响。刘春明等综述了超临界水氧化技术在工业废水处理中的进展，提出该技术目前还处于研究阶段，走向工业化还存在腐蚀、盐沉积、高能耗等问题。除此之外，深度氧化法所需氧化剂的用量随废水中有机物浓度的增加而增大，目前该方法经济优势不突出，需开发高效率的新型氧化剂和氧化工艺。