La membrana dei globuli rossi ha una componente fosfolipidica e su questa l'ozono determina un processo di perossidazione con aumento della sua carica negativa. Rokitansky ha evidenziato inoltre un accorciamento delle catene lipidiche con effetto di "rilasciamento" della membrana stessa. 

I due fenomeni suddetti, rilasciamento, quindi aumento dell'elasticità della membrana cellulare ed aumento delle cariche negative di superficie, determinano una riduzione dell'impilamento dei globuli rossi (cariche negative si respingono) ed aumentano la loro deformabilità a tutto vantaggio della viscosità ematica che si riduce nettamente con un miglioramento del flusso ematico nel microcircolo. Tale azione sui globuli rossi è evidenziata anche da una diminuzione della VES quando questa è elevata. Inoltre il globulo rosso, tornato elastico, quindi più deformabile, raggiunge meglio la periferia, si deforma meglio nei vasi di calibro inferiore al micron e riesce a distribuire ossigeno dove prima non riusciva ad arrivare, determinando così il fenomeno della neoangiogenesi. I nuovi vasi neoformati possono portare non solo ossigeno, ma anche tutto quello che serve per ottimizzare la funzione del tessuto interessato. Alla base di questo concetto stanno i risultati molto positivi ottenuti nella cura della Degenerazione Maculare Senile, del Diabete Mellito, dell'Osteoporosi, della cellulite ecc. 
Esiste inoltre un altra azione dell'ozono sui globuli rossi e precisamente quella che viene definita "meccanismo eritrocitario indiretto" per cui si ha una aumento del numero dei globuli rossi stessi per uno stimolo sulla eritropoiesi. 

Assai importante sempre è poi l'azione sulla glicolisi che viene accelerata all'interno degli eritrociti grazie all'ossidazione del coenzima NADH a NAD con aumento del 2-3DPG e dell'ATP intraeritrocitario e conseguente spostamento a destra della curva di dissociazione dell'Emoglobina: ciò determina a sua volta una miglior cessione di O2 ai tessuti come evidenzia una riduzione della pO2 venosa ed un aumento della differenza arterovenosa di O2. Tale fenomeno prende il nome di "meccanismo eritrocitario diretto".