Major otohemoterapi sırasında hastadan alınan kan ozon/oksijen ile karşılaştığında bir dizi biyokimyasal reaksiyon oluşur. Ozon oksijen karışımındaki oksijen serumda çözünür ve 5-10 dakika içinde venöz kan içindeki hemoglobine tamamen bağlanır. Plazmada çözünen oksijen de ortalama oksijen basıncını 350-400 mmHg’a çıkarır. Ozon sıvılarda çok kolay çözünür ama klasik gaz fiziğine göre davranmaz. Bunun nedeni ozonun plazma ile karşılaştığında saniyeler içerisinde moleküler oksijen ve oksijen radikaline dönüşmesidir. Bu nedenle kan ozon ile karıştırıldıktan birkaç saniye sonra kan plazmasında hiç serbest ozon bulunmaz. Bu nedenle vücuda ozon direk olarak verilemez. Ozon/oksijen karışımı ile muamele edilen bu venöz kan birkaç dakika içinde kan vücuda tekrar geri verilmeye hazır hale gelmiştir.
Bu kanda ortaya çıkan oksijen radikalleri kan plazması ile reaksiyona girerek hidrojen peroksit oluşumuna neden olurlar. Hidrojen peroksit organizmada bilinen en önemli uyarıcı moleküllerden bir tanesidir. Plazmada yüksek konsantrasyonda oluşur ve hızla hücrelere dağılır. Hidrojen peroksit major otohemoterapinin tedavi edici etkilerine aracılık eden en önemli ajandır.
Ortaya çıkan oksijen radikallerinin ikinci hedefi plazmadaki çift bağdan zengin moleküllerdir. Bu moleküllerin çoğu plazmanın antioksidan kapasitesinin önemli bir bölümünü oluşturan sülfidril gruplarından zengin üre, ürik asit ve albumindir. Antioksidan özellikleri olan bu moleküllerin ozon metabolitleri aracılığı ile oksitlenmesi kan plazmasının redoks dengesini geçici olarak değiştirir ve bir nevi terapötik şok meydana getirir. Bu terapötik şok vücutta antioksidan ve antiinflamatuar mekanizmaları tetikler ve bu süreç major otohemoterapinin tedavi edici etkilerinin başında gelir.
Ayrıca doymamış yağ asitleri (PUFA) ile de aynı reaksiyona girerek, lipid oksidasyon ürünlerini oluştururlar. Bu ürünler dolaşıma girdikten sonra tüm dokulara yayılır ve başta bağışıklık sistemi ve kemik iliği olmak üzere çeşitli sistemleri aktive ederler.