1、烷基化作用

环氧乙烷杀灭各种微生物的作用机制，主要是烷基化作用，作用的位点是蛋白质和核酸分子中的疏基(-SH)、氨基(-NH2)、羟基(-COOH)和羟基(-OH)等，环氧乙烷可使这些基团发生烷基化反应，使微生物这些生物大分子失去活性，从而致死微生物。

2、抑制生物酶活性

环氧乙烷能抑制微生物各种酶的活性，如磷酸脱氢酶、胆碱脂酶及其他氧化酶等，阻碍了微生物正常代谢过程的完成，导致其死亡。

3、对微生物的杀灭作用

环氧乙烷液体和气体均有较强的杀微生物作用，相比之下，气体的杀微生物作用更强，在消毒灭菌上一般多用其气体。

环氧乙烷属高效广谱灭菌剂，对细菌繁殖体细菌芽胞、真菌、病毒均有强大的杀灭灭活作用。在环氧乙烷与微生物接触，但微生物又含有足够水分的条件下，则环氧乙烷与微生物的作用为典型的一级反应，灭活纯培养微生物的剂量，反应曲线在半对数值上为一直线。

这个规律适用于一切微生物，不同种类的微生物对环氧乙烷的抵抗力有差别，但差别不显著，细菌芽孢对环氧乙烷的抵抗力仅比繁殖体强2倍，未发现由遗传决定对环氧乙烷高度耐药的微生物。细菌芽孢对环氧乙烷的抵抗力较强，其中枯草杆菌黑色变种芽孢为最强。