高能离子体中的化学反应主要是通过气体放电产生的快电子激发来完成的。这些快电子与气体分子碰撞，使气体分子激发到更高的能级。被激发到高能级的分子，由于其内能的增加，既可发生键的断裂也可以与其它物种发生化学反应；而由于碰撞失去部分能量的电子在电场的作用下仍可得到补偿。典型的反应类型如下：
电子/分子反应
激发 e + A2 → A2+ + 2e
离解 e + A2 → 2A + e
附着 e + A2 → A2-
离解附着 e + A2 → A- + A
电离 e + A2 → A2+ + 2e
复合 e + A2- → A2
离脱 e + A2- → A2 + 2e
分子/原子反应
潘宁离解 M* + A2 → 2A + M
潘宁电离 M* + A2 → A2+ + M + e
电荷转移 A+ + B → B+ + A
离子复合 A+ + B- → AB
中性复合 A + B + M → AB + M
分解反应
电子的 e + AB → A + B + e
原子的 A* + B2 → AB + B
合成反应
电子的 e + A → A* + e
A* + B → AB
原子的 A + B → AB
可以看出，低温非平衡态高能离子体是使分子活化的有效方法，它能使几乎所有的分子激发、电离和自由基化，产生大量的活性基团，如 O2-、O、OH、O3 和高能量的自由电子。这些活性物种使得在通常条件下难以实现的反应可以很容易地在高能离子体系统中完成。尤其对空气中污染物的脱除，可以在很短的时间内使其分解甚至*分解。研究表明，等离子体分解空气污染物可通过两种途径完成：(1)在产生等离子体的过程中产生的瞬间高能量，打开某些有害分子的化学键，使其分解成单质原子或无害分子。(2)高能离子体中包含了大量的高能电子、离子、激发态粒子(其能量范围如表 1)和具有强氧化活性的自由基，这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生频繁的碰撞，打开气体分子的化学键，同时产生的大量•OH、HO2• 、O•等自由基和氧化性*的 O3 跟有害气体分子发生化学反应生成无害产物。
表 1 高能离子体中各种粒子能量和几种气体分子键能
高能离子体空气净化的作用机理如下：
O2 →2O
N2 → N2*(A) → • H + •OH
NOx → N2+O2
SOx → S+O2
O2(+M) + O→ O3(+M)
• OH+H2S → HS• +H2O
O+H2S→ HS •+ •OH
HS •+ •OH→S+H2O
•OH+NH3 → NH2+H2O
•OH+NH2 → N2+H2O
•OH+CO → CO2 +•H
此外，高能离子体还有去除空气中的烟尘颗粒、细菌、花粉、病毒、孢子等污染物的作用。去除颗粒污染物放电产生的等离子体中包含有大量的电子和正负离子，它们在电场梯度的作用下，与空气中的颗粒污染物发生非弹性碰撞，从而附着在上面，使之成为荷电离子，若外加电场，可被集尘极收集。这一过程对悬浮于空气中直径小于100 微米的颗粒和直径小于 10 微米的可吸入颗粒有较高的清除效果。去除细菌、花粉、病毒、孢子放电产生的负离子同空气中的有毒化学物质以及病菌悬浮颗粒物相碰撞使其带负电。这些带负电的颗粒物会吸引其周围带正电的颗粒物(通常空气中的细菌、病毒、孢子等是带正电)。这种聚集过程一直持续到颗粒物的重量足以使它降落在地面为止。除了聚集过程外，在有限的空间里空气中带负电的颗粒物还被吸附到带正电的表面(通常情况下，房间里面大多数物体的表面，包括墙壁、地面、家具、电器等都是带正电的)。
表 2 高能离子体气体净化处理设备的参数
