染料分子中不飽和的染發基團雙鍵會被氧化斷裂，形成小分子量的有機或無機物質，進而剝奪染發劑的染發能力。氧化方法包括化學氧化、光催化氧化和超音波氧化。雖然具體工藝不同，但脫色機理是一樣的。化學氧化是目前研究中一種比較成熟的方法。氧化劑一般為芬頓試劑（Fe2加-H2O2）、臭氧、氯、次氯酸鈉等。芬頓試劑的使用催化pH4至5的H2O2生成。OH，使染料氧化變色，所得的新型生态Fe2加還具有促進凝血的作用。
用鐵屑-H2O2處理印染污水，在pH1~2下可産生新的生态Fe2加，其水解産物具有很強的吸附絮凝作用，可使硝基酚類、蕨類植物印染污水的除色率達99%以上;當用鐵粉-H2O2對脫色時，當鐵粉含量為1g/L時，H2O2為1mmol/L，pH2~3，脫色效果極佳。由于活性炭表面含有大量的酸性基團，如羟基、酚羟基和堿性基團，是以對染料分子既有吸附能力又有催化作用。
H2O2可以在活性炭表面上遊離O或産生O。OH，使吸附到表面的活性炭染料分子迅速氧化，減少印染污漬的顔色和COD。利用芬頓試劑處理染料中間體H酸的生産廢液，筆者發現廢液中的SO42含量随着H2O2的增加而迅速增加，表明磺酸鹽堿（親水基團）從染料中間體被氧化，結果增加了分子的疏水性，對絮凝脫色極為有利。使用小劑量的芬頓試劑處理含酚污水，使污水中的有機污染物聚合改變其水溶性，也有利于絮凝變色。對于脫色的污水中含有較多羟基的水溶性染料，也可以按如下方式調制。
光催化氧化利用某些物質（如鐵化合物、簡單化合物等）在紫外光的作用下産生自由基，氧化染料分子達到變色。TiO2光催化氧化産生O和OH，使染料分子迅速分解并獲得良好的脫色效果，如聚甲酰脲藍溶液和羊毛染色污水光催化脫色降解;以鐵草酸、檸檬酸鐵或丁基二酸鐵配合物為催化劑，在紫外光和pH2-4下印染污水脫色實驗時，氧化鐵酸絡合物可産生烷基、羟基等自由基，使印染污水氧化脫色;紫外線還增強了重氮染料上O3的脫色。草酸鐵絡合物可用于光解活性鮮紅色X-3B，其光解機理已得到充分探讨。超音波處理印染污水是基于超音波能在液體中産生局部高溫、高壓、高剪切力，誘導水分子和染料分子開裂産生自由基，引發各種反應，促進絮凝。采用超聲技術降解濃度為44.4mg/L的酸性紅B污水，加入NaCl約1g/L，處理50min，酸性紅B污水脫色率接近90%。
總之，氧化法是印染污水脫色的優良方法，但如果氧化程度不足，染料分子的染發基團可能會被破壞變色，但COD尚未去除;如果染料分子被充分氧化，能量、藥物劑量消耗可能過大，成本過高，是以氧化法一般用于氧化-絮凝或絮凝-氧化過程。氧化-絮凝工藝用于通過氧化将水溶性染料分子轉化為疏水性或陽離子染料分子。