氧化镁极易水合，并在表面形成一层氢氧化镁，溶解在溶液中的氧通过单电子还原反应生成活性氧离子。氧化镁的表面包覆一层氢氧根离子，由于氧气在碱性环境中具有化学稳定性，所以高浓度的活性氧离子得以在氧化镁表面存在。而活性氧离子有强的氧化性， 可以破坏细菌的细胞膜壁的肽键结构从而迅速杀死细菌。
另外， 纳米氧化镁粒子可以产生破坏性吸附，也可能将细菌的细胞膜破坏。这样的抗菌机理可以克服银系抗菌剂作用慢、易变色和二氧化钛系抗菌剂需要紫外线照射的不足。
目前氧化镁抗菌材料的开发路径主要有两条：第一，通过粒径大小、形貌特征等控制，提高纳米氧化镁的抗菌性能。比如，科学家已成功开发出了一种鳞片状纳米氧化镁粉体， 对炭疽热、 葡萄球菌、 大肠杆菌等表现出极强的抗菌杀菌能力。

第二，通过氧化镁和其他抗菌材料的复合， 开发新型复合抗菌材料。主要有活性炭/氧化镁、 金属氧化物/氧化镁和氯气，溴气/氧化镁等。
将纳米氧化镁粉体均匀分散在活性炭基体上，对金色葡萄球菌有良好的抗菌性 。

卤族元素的气体氯气，溴气是强杀菌剂， 但具有剧毒和高的蒸汽压而不能单独使用，可以利用氧化镁表面强吸附作用形成稳定的氧化镁/卤族元素的气体 体系， 从而可以安全高效的使用。

在金属氧化物复合抗菌剂方面，用化学共沉积法制备氧化镁/二氧化钛复合粉体，研究其抗菌机理：二氧化钛在紫外光作用下发生光催化生成电子一 空穴 ， 但是它很容易复合而失去光催化性和抗菌性能。氧化镁电子层表面存在缺陷， 可以接受电子和孔穴， 从而抑制了光生电子空穴的复合，提高了光催化效率，改善了抗菌性能。