半導體光催化劑大多是n型半導體材料（當前以為TiO2使用zui廣泛）都具有區別于金屬或絕緣物質的特別的能帶結構,即在價帶(ValenceBand,VB)和導帶(ConductionBand,CB)之間存在一個禁帶(ForbiddenBand,BandGap)。由于半導體的光吸收閾值與帶隙具有式K=1240/Eg(eV)的關系,因此常用的寬帶隙半導體的吸收波長閾值大都在紫外區域。當光子能量高于半導體吸收閾值的光照射半導體時,半導體的價帶電子發生帶間躍遷,即從價帶躍遷到導帶,從而產生光生電子(e-)和空穴(h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子,而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性,能將絕大多數的有機物氧化至zui終產物CO2和H2O,甚至對一些無機物也能*分解。