染料分子中不饱和的染发基团双键会被氧化断裂，形成小分子量的有机或无机物质，从而剥夺染发剂的染发能力。氧化方法包括化学氧化、光催化氧化和超声波氧化。虽然具体工艺不同，但脱色机理是一样的。化学氧化是目前研究中一种比较成熟的方法。氧化剂一般为芬顿试剂（Fe2加-H2O2）、臭氧、氯、次氯酸钠等。芬顿试剂的使用催化pH4至5的H2O2生成。OH，使染料氧化变色，所得的新型生态Fe2加还具有促进凝血的作用。
用铁屑-H2O2处理印染污水，在pH1~2下可产生新的生态Fe2加，其水解产物具有很强的吸附絮凝作用，可使硝基酚类、蕨类植物印染污水的除色率达99%以上;当用铁粉-H2O2对脱色时，当铁粉含量为1g/L时，H2O2为1mmol/L，pH2~3，脱色效果极佳。由于活性炭表面含有大量的酸性基团，如羟基、酚羟基和碱性基团，因此对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游离O或产生O。OH，使吸附到表面的活性炭染料分子迅速氧化，减少印染污渍的颜色和COD。利用芬顿试剂处理染料中间体H酸的生产废液，笔者发现废液中的SO42含量随着H2O2的增加而迅速增加，表明磺酸盐碱（亲水基团）从染料中间体被氧化，结果增加了分子的疏水性，对絮凝脱色极为有利。使用小剂量的芬顿试剂处理含酚污水，使污水中的有机污染物聚合改变其水溶性，也有利于絮凝变色。对于脱色的污水中含有较多羟基的水溶性染料，也可以按如下方式调制。
光催化氧化利用某些物质（如铁化合物、简单化合物等）在紫外光的作用下产生自由基，氧化染料分子达到变色。TiO2光催化氧化产生O和OH，使染料分子迅速分解并获得良好的脱色效果，如聚甲酰脲蓝溶液和羊毛染色污水光催化脱色降解;以铁草酸、柠檬酸铁或丁基二酸铁配合物为催化剂，在紫外光和pH2-4下印染污水脱色实验时，氧化铁酸络合物可产生烷基、羟基等自由基，使印染污水氧化脱色;紫外线还增强了重氮染料上O3的脱色。草酸铁络合物可用于光解活性鲜红色X-3B，其光解机理已得到充分探讨。超声波处理印染污水是基于超声波能在液体中产生局部高温、高压、高剪切力，诱导水分子和染料分子开裂产生自由基，引发各种反应，促进絮凝。采用超声技术降解浓度为44.4mg/L的酸性红B污水，加入NaCl约1g/L，处理50min，酸性红B污水脱色率接近90%。
总之，氧化法是印染污水脱色的优良方法，但如果氧化程度不足，染料分子的染发基团可能会被破坏变色，但COD尚未去除;如果染料分子被充分氧化，能量、药物剂量消耗可能过大，成本过高，因此氧化法一般用于氧化-絮凝或絮凝-氧化过程。氧化-絮凝工艺用于通过氧化将水溶性染料分子转化为疏水性或阳离子染料分子。