Tlen atomowy działa toksycznie na komórki bakterii i innych drobnoustrojów. Związki, wydzielające tlen atomowy, działają więc przeciw-bakteryjnie, choć działanie ich nie jest zbyt silne. Ulega ono dalszemu osłabieniu w obecności substancji organicznych, które przyłączając tlen zmniejszają jego efektywne stężenie w środowisku. Ozon (O3) łatwo rozpada się do tlenu atomowego. Silnie drażni błony śluzowe, powoduje też przyspieszone starzenie się różnych materiałów i tworzyw, np. gumy, która pod jego wpływem staje się krucha. Ozon bywa stosowany w miejsce chloru do uzdatniania wody wodociągowej. Nadtlenek wodoru (Hydrogenium peroxydatum) w postaci 3% roztworu (woda utleniona) jest stosowany do odkażania ran. Jego działanie przeciwbakteryjne jest jednak bardzo słabe. Obecna w tkankach katalaza powoduje szybki rozpad nadtlenku, połączony z gwałtownym pienieniem. Powoduje to wprawdzie korzystne działanie mechaniczne (pęcherzyki gazu burząc się, mechanicznie oczyszczają ranę), jednak działanie związku, wskutek szybkiego rozpadu, jest bardzo krótkie. Nadtlenek wodoru ma działanie odwaniające i wybielające. W roztworach 30% (perhydrol) silnie drażni tkanki. W postaci tej jest stosowany w stomatologii do oczyszczania kanałów zębowych, a także w kosmetyce do wybielania włosów.
