催化氧化塔的工作原理主要涉及氣液反應和催化劑的作用。以下是催化氧化塔工作原理的詳細介紹：
氣液反應。惡臭氣體在塔內被液體衝擊，形成氣液混合體，並在TT網腔內進行初步化學反應。未反應的氣液混合體繼續向上流動，通過TT網罩的分割和細化作用，形成氣液流體柱，在穿過網罩的瞬間繼續發生化學反應，從而徹底去除惡臭氣體。
催化劑的作用。在某些催化氧化塔中，如臭氧催化氧化塔，催化劑用於促進臭氧（O₃）與水或有機物之間的反應。在臭氧發生器中，氧氣被轉換成臭氧，並通過催化劑（如鐵鹽）轉化為羥基自由基（·OH），從而去除水中的難降解有機物，降低COD（化學需氧量）。
此外，在煙氣處理領域，催化氧化塔通過噴嘴式空塔噴淋，使液滴分裂成無數小直徑液滴，增大氣液相接觸面積，提高反應效率。芬頓催化氧化塔則利用過氧化氫（H₂O₂）和二價鐵離子（Fe²⁺）的混合溶液，將大分子污染物氧化成小分子，同時Fe²⁺被氧化成三價鐵離子，具有絮凝作用，從而去除污染物。