包括两种氧化体系，一种是在过程中，以分子氧或者水作为氧源，需要特定催化剂的参与（例如某些金属氧化物），才能产生强烈的氧化能力；另一种情况是，化学氧化剂（例如H₂O₂和ClO₂）在微波辐射下，可以产生更强的氧化效应。

微波是指频率从300兆赫到300千兆赫，波长为1毫米到1米的超高频电磁波。在微波催化反应中，许多有机化合物不能明显的直接吸收微波，但有些物质能够强烈吸收微波，其表面的金属点位能与微波发生强烈的相互作用（例如将微波能转化为热能）而使得某些表面点位被很快加热至较高温度而产生活性热点位，并在其附近发生微波催化氧化反应，降解废水中的有机物质。这些对微波具有很强吸收能力的材料称为敏化剂（或者催化剂），在微波场中加入的敏化剂可以把微波能传给这些物质而诱发化学反应，选用这些敏化剂作为载体，就可以在微波辐照下实现微波催化反应。用于处理此类情况的技术手段称为微波催化氧化技术。表现出微波催化氧化能力的材料主要包括一些金属化合物。微波催化氧化反应的氧源，可以是氧分子、水分子，也可以是其他含氧的氧化剂，如过氧化氢（H₂O₂）和二氧化氯（ClO₂）。

微波加速化学反应作用的原因，学术界有两种不同的观点。一种观点认为微波应用于化学反应是一种加热方式；另一种观点认为微波除了具有热效应以外，还存在一种非热效应。首先，微波催化氧化反应中的热效应包括：①溶液中的离子在电场作用下产生离子极化，带有电荷的离子从电场获得动能，相互发生碰撞作用，将动能转化为热能。②微波可以引起化合物中电偶极子的迅速转动，促使介质将吸收的微波辐照能量传递给催化剂，使分子之间产生强烈振动，将动能转化为热能，增加催化氧化反应速率。③微波对废水中的物质进行选择性分子加热，对不能直接吸收微波的污染物质的氧化反应具有强烈的催化作用，通过催化介质把微波能传给不能直接吸收微波的污染物，使污染物分子结构产生变形和振动，降低化学反应的活化自由能，使氧化反应更加彻底，提高污染物的去除率。其次，微波催化氧化反应中的非热效应包括：①在微波条件下降解有机物，不依赖于将体系加热到某一温度，而主要是微波的催化作用，仅有微波辐照不能破坏废水中有机物结构。②微波催化剂吸收电磁波发生光电效应，产生电子和空穴对，与水等作用产生强氧化性的·OH，·OH再氧化降解废水中的有机物，并将其矿化为二氧化碳和水，从而完成污染物的去除过程。③在微波场中，固体表面出现的“微波热点”是固体弱键表面及缺陷位点与微波产生局域共振耦合传能的结果，这种耦合传能导致了催化剂表面能量不均，能量分布高的点就是“微波热点”，催化反应发生在“微波热点”上。

微波催化氧化剂在污水处理过程中具有处理效果稳定、安全可靠、水质适用范围广等优点，因此在印染、制药、化工废水的难降解物质处理方面受到了广泛关注。