对于非均相催化剂，络合物理论类似于均相金属离子催化臭氧反应机理：过渡金属离子具有空的d轨道，同时大多数有机污染物具有不饱和键、芳环等电子云密度很大的官能团，两者之间容易形成金属有机配合物。以CuO/CeO₂催化臭氧降解草酸为例^[10]:
第一步：

第二步：

第三步：

第四步：

臭氧将催化剂表面存在的Cu（Ⅰ）氧化成更容易形成Cu（Ⅱ）⁃草酸络合物的新型Cu（Ⅱ）。然后臭氧极有可能将新型Cu（Ⅱ）进一步氧化成高价态的Cu（Ⅲ）络合物，而Cu（Ⅲ）络合物很不稳定，配体分子内电子转移形成更加稳定的Cu（Ⅱ），生成还原性很强的草酸自由基。由于草酸自由基还原性很强，有很高的反应速率，能与分子氧反应被降解。