在化学性质方面，二氧化碳的化学性质不活泼，热稳定性很高（2000℃时仅有1。8%分解），不能燃烧，通常也不支持燃烧，属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，因与水反应生成的是碳酸，所以是碳酸的酸酐。一般以副产物二氧化碳为原料气，用吸附膨胀法从吸附相提取高纯二氧化碳，用低温泵收集产品；也可采用吸附精馏法制取，吸附精馏法采用硅胶、3A分子筛和活性炭作吸附剂，脱除部分杂质，精馏后可制取高纯二氧化碳产品。氨、氢气、合成氨生产过程中往往有脱碳（即脱除气体混合物中二氧化碳）过程，使混合气体中二氧化碳经加压吸收、减压加热解吸可获得高纯度的二氧化碳气。
二氧化碳的电化学还原是一个利用电能将二氧化碳在电解池阴极还原而将氢氧根离子在电解池阳极氧化为氧气的过程。在铸造中用于硬化模和芯子及用于气动器件，还应用于杀菌气的稀释剂（即用和二氧化碳的混台气作为杀菌、杀虫剂、熏蒸剂，广泛应用于器具、包装材料、衣类、毛皮、被褥等的杀菌、骨粉消毒、仓库、工厂、、书籍的熏蒸）。不久后，德国化学家霍夫曼即弗里德里希·霍夫曼，对被他称为“矿精”的二氧化碳气体进行研究，推断出二氧化碳水溶液具有弱酸性。
由于二氧化碳密度比空气大，能溶于水且能与水反应，所以采用向上排空气法。将生成的气体通入澄清的石灰水，石灰水变浑浊，证明该气体为二氧化碳。二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制得，主要应用于冷藏易的食品（固态）、作致冷剂（液态）、制造碳化软饮料（气态）和作均相反应的溶剂（超临界状态）等。CO2分子形状是直线形的，其结构曾被认为是：O=C=O。但CO2分子中碳氧键键长为116pm，介于碳氧双键（键长为124pm）和碳氧三键（键长为113pm）之间，故CO2中的碳氧键具有一定程度的三键特征。