一、氯消毒
Cl2和H2O发生下列反应：
Cl2＋H2OHCl＋HClO
HClO是弱酸，pH值低时HClO多于ClO-，如pH＝7时（0℃），有83％HClO（余17％为ClO-）；20℃时，有75％HClO（ClO-为25％）。
实际消毒情况是：低温和pH值低时，消毒效果好；pH值低时，消毒速率快。以上事实暗示着HClO消毒效果好。目前的一种解释是：中性HClO扩散到带负电的细菌表面，穿过细胞膜进入细胞内部，氧化某种酶系统（当pH值大时，HClO少，ClO-多，ClO-带负电，不易接近细菌）。
二、ClO2消毒
由于用氯消毒的水可能有臭味，并且长期食用用氯处理过的食物（白面粉、猪肉等）可能导致人体摄自食物的不饱和脂肪酸活性减弱，产生活性毒素，对人造成潜在危害。
大约从20世纪40年代起，国外就有用ClO2消毒饮用水这种方法。
ClO2＋5/2H2HCl＋2H2O（Cl2＋H22HCl）
ClO2杀菌、漂白能力优于Cl2，且没有臭味生成。有文献报道按ClO2、Cl2质量及其产物计，ClO2消毒能力是等质量Cl2的2.63倍。
把Cl2通入NaClO2溶液即得ClO2：2NaClO2＋Cl22ClO2＋2NaCl因ClO2成本高，所以有前期用Cl2消毒而后期用ClO2消毒的方法。
三、氯氨消毒
若水中含NH3，它将和Cl2反应：
NH3＋HClONH2Cl＋H2O
NH3＋2HClONHCl2＋2H2O
NH3＋3HClONCl3＋3H2O
在pH值为5～8时，NH2Cl、NHCl2共存。当Cl2和NH3的物质的量比为（15～20）∶1时，有显著量的NCl3。一般情况下，NCl3不重要。当HClO因消耗而减少时，NH2Cl、NHCl2按逆反应方向生成HClO，仍是HClO消毒。NH2Cl、NHCl2消毒速率比HClO慢，它们的优点是不存在用氯消毒残留的臭味（有酚时，臭味更重）。我国的一些自来水厂利用NH2Cl、NHCl2消毒速率慢，在自来水出厂前加少量NH3。出厂自来水余氯为0.4mg/L，经管线输送最远达8km时，可降为0.1mg/L，而加NH3后的自来水经11km才降为0.lmg/L。
有人认为用NH2Cl、NHCl2（前者为主）消毒优于氯，并且在水中也有消毒作用，且效率更高。