EO可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、病毒和真菌孢子，是一种广谱灭菌剂。一般认为是由于它能与微生物的蛋白质、DNA和RNA发生非特异性烷基化作用。水溶液中的EO能与蛋白质上的游离羧基(COOH基(2NH2)、硫氢基(2SH)和羟基(2OH)发生烷基化作用，取代不稳定的氢原子而形成带有羟乙根(CH2CH2OH)的化合物，蛋白质上的基团被烷基化，使蛋白质失去了在基本代谢中需要的反应基，阻碍了细菌蛋白质正常的化学反应和新陈代谢，从而导致微生物死亡。
到目前为止，所有资料显示EO杀菌作用是不可逆的，也就是说EO是杀菌剂而不是消毒剂。而且根据各种临床、科研结果显示EO是所有化学消毒剂或灭菌剂中灭菌效果最好的一种化学灭菌剂。环氧乙烷能抑制一些微生物酶的活性，包括磷酸致活酶、肽酶、胆碱化酶和胆碱脂酶。环氧乙烷也和DNA、RNA发生烷基化作用而导致微生物的灭活。
