一氯胺消毒原理主要基於其水解產生的次氯酸（HOCl）的殺菌作用。在水中，一氯胺可以發生水解反應，生成次氯酸和氯化銨（NH4Cl）。這一過程使得一氯胺具有消毒作用，因為它釋放的次氯酸能夠有效地滅活水中的致病微生物。次氯酸因其小體積和電荷中性，能夠穿透細胞壁，同時作為強氧化劑損害細胞膜，導致蛋白質、RNA和DNA等物質釋放，影響多種酶系統，最終導致細菌死亡。因此，一氯胺消毒的關鍵在於次氯酸的作用，而氯胺本身也具有一定的殺菌作用，但通常需要較高的濃度和較長的接觸時間。
在處理氨氮含量較高的水質時，氯胺消毒法通過在水中加入氨或銨鹽，然後加入氯，生成一氯胺和二氯胺。這些化合物在水中形成余氯，能夠持續抑制殘餘細菌的再繁殖，同時避免了氯消毒可能引起的臭味問題。氯胺消毒的比例範圍是當Cl2:N<5:1时，主要生成一氯胺，而当5:1 綜上所述，一氯胺消毒的原理是通過其水解產生次氯酸，這種次氯酸具有強氧化性，能夠有效滅活微生物，從而實現消毒作用。氯胺消毒法通過控制氯和氨的比例，生成不同比例的一氯胺和二氯胺，利用它們的水解產物來維持水中的余氯量，保證水質穩定性。