液态氯、次氯酸盐、无机氯胺、有机氯胺、二氧化氯都可作为杀菌剂，但它们的抗菌活性有所不同。将氯气慢慢通入水中可形成具有抗菌作用的次氯酸盐（HOCl）。液态氯是次氯酸钠溶液（NaOCl），作为杀菌剂次氯酸的效力是等浓度次氯酸盐离子的80倍。但是氯作为抗菌剂的活性还没有得到充分的确定。次氯酸是氯化物中活力最强的，它通过对在碳水化合物代谢中起重要作用的酶分子中的巯氢基团进行氯氧化作用，以抑制葡萄糖氧化反应的发生，从而杀死微生物细胞。因为醛缩酶在新陈代谢中的重要性质，所以认为它是主要的被作用部位。
氯作用的其它方式可能是：（1)破坏蛋白质复合物；（2)氨基酸氧化脱羧形成亚硝酸和醛；（3)与核酸、嘌呤、嘧啶反应；（4)破坏关键酶造成不平衡新陈代谢；（5)诱导DNA损伤，造成DNA-转变的丧失；（6)抑制氧的吸收和氧化磷酸化，并且使某些大分子泄露；（7)胞嘧啶的毒性N-氯代衍生物的形成；（8)造成染色体畸变。
营养细胞吸收的是自由氯而不是结合氯，因此，细胞原生质中氯胺的形成不会引起内部的破坏，在有氯存在下使用32P显示出在微生物细胞膜中出现了破坏性的永久变化。Camper和McFetters(1979)的研究证明了氯攻击细胞膜的功能性，特别是胞外营养物的运输，同时，标记过的碳水化合物和氨基酸不能被经氯处理过的细胞吸收。Benarde 等(1965)曾采用14C-标记氨基酸，揭示了二氧化氯破坏大肠杆菌中的蛋白质合成物，但他并没有指出破坏程度。
氯的释放成分能刺激芽孢发芽，然后使萌芽的芽孢失活。Kulikoosky 等(1975)研究认为，氯通过改变芽孢的外层覆盖物并释放出其中的Ca2+、吡啶二羧酸（DPA）、RNA和DNA来改变芽孢的渗透性。颗粒状的氯杀菌剂是基于含有吸附在有机载体上可释放出离子的盐。氯化异腈是一种高稳定性，快速溶解的氯载体，它可以释放出两个氯离子中的任一个，并在水溶液中形成NaOCl。对这类产品，通过调节与固体氯载体混合的缓冲液的最适pH值来控制抗菌活性、腐蚀特征以及杀菌剂溶液的稳定性。
氯的化学性质是当液态氯和次氯酸盐与水混合时，便水解形成次氯酸。次氯酸溶解于水中，形成氢离子（H+）和次氯酸根离子（OCl-）。如果将钠离子与次氯酸盐混合则生成次氯酸钠，方程式如下：
Cl2+H2O→HOCl+H++Cl-
NaOCl+ H2O→NaOH+HOCl
HOCl→H+OCl-
当氯杀菌剂主要以次氯酸形式存在时，它们在低pH下具有较高的杀菌效率。pH升高，次氯酸根离子仍然是主要存在形式，但不能作为有效杀菌剂。另一种氯化合物，二氧化氯在水溶液中不能水解，因此，其活性状态是完整的分子形式。
氯是一种有效的杀菌剂，能够作用于机械抛光的不锈钢、未磨光的电抛光不锈钢以及聚碳酸酯表面，使单菌落数减少到1.0logCFU/cm2，这种杀菌剂对菌落数超过1.0logCFU/cm2的电抛光不锈钢以及矿物树脂表面的杀菌效果不佳（Frank and Chmielewski， 1997）。
次氯酸盐：活力最大、也是使用最广泛的氯化合物。次氯酸钙和次氯酸钠是两种重要的次氯酸盐化合物，这些杀菌剂能有效地使悬浮于水中的微生物细胞失活，但需要大约1.5~100秒的接触时间。对大多数微生物而言，少量游离态的活性细胞可在10秒内杀死90%。细菌芽孢对次氯酸盐的抵抗力要比营养细胞强，减少90%细胞所需的时间约为7秒到20多分钟（Odlang,1981）。使细菌芽孢失活所需的FAC浓度约比杀死营养细胞所需的FAC浓度高10~1000倍（1000ppm，与0.6~13ppm相比较）。梭状芽孢对氯的抵抗能力小于芽孢杆菌的芽孢。这些数字表明，在杀菌过程中由于次氯酸浓度低、接触时间短，因此限制了其对细菌芽孢的作用。虽然对许多待清洗表面来说，有效浓度是200ppm，但对多孔区域建议使用800ppm。
现举例说明如何在200L罐中配制200ppm氯溶液。假设氯中含8.5%的NaOCl。
8.5%NaOCl=85,000ppm(0.085×1,000,000)
1L =1,000mL
200L=200,000mL
85,000X=40,000,000mL
X=470mL8.5%的NaOCl
次氯酸钙、次氯酸钠以及一系列氯化磷酸三钠都可作为清洗后的杀菌剂使用，次氯酸盐也可以加到清洁剂溶液中，以形成清洁-杀菌混合溶剂。清洁剂可以配合有机氯-释放剂，例如二氯异腈钠和二氯二乙内酰脲。
分子次氯酸的浓度随pH的升高而降低，在pH4左右浓度最高；当pH高于5时，次氯酸根离子（OCl-）增加；当pH<4时，氯气增多。由于pH超过6.5时存在大量次氯酸，杀菌操作通常在pH6.5～7.0范围内。
以氯为基础的杀菌剂的反应时间取决于温度，若温度高于52℃时，每提高10℃反应速度增加一倍；虽然
