化學式CO2。無色、無臭、無味、無毒氣體；熔點-56.6℃（5.2大氣壓），密度1.977 克／升，臨界溫度31.04℃，臨界壓力72.85大氣壓。在水中的溶解度為0.1449克/100克水(25℃)。在20℃時，將二氧化碳加壓到59大氣壓即可液化，液態二氧化碳迅速蒸發，由於吸熱會使其一部分蒸氣驟冷，形成雪花狀固體，這種固體氣化時不產生液體，俗稱“乾冰”。
二氧化碳是直線型分子，結構式如左。分子中C─O鍵長為1.16埃，鍵能為531.4千焦/摩爾。分子的偶極矩為0，是非極性分子。二氧化碳有很高的熱穩定性，隻在高溫下才分解成一氧化碳和氧。
化學性質 二氧化碳為酸性氧化物，溶於水產生碳酸；與堿作用生成酸式碳酸鹽和碳酸鹽：
CO2+H2O
H
2
CO
3
CO2+OH-─→HCO3-
CO2+2OH-─→CO娫+H2O
二氧化碳在赤熱炭的作用下還原成 一氧化碳：CO2+C─→2CO
在加熱下，二氧化碳可與活潑金屬生成碳和碳酸鹽或金屬氧化物，如：4K+3CO2─→2K2CO3+C
2Mg+CO2─→2MgO+C
二氧化碳在無水或有水條件下能迅速與二甲胺作用，分別生成氨基甲酸酯或碳酸酯：
二氧化碳還能與氨作用，生成氨基碳酸銨，它在190大氣壓下加熱到180℃時轉變成尿素：
在有水條件下，二氧化碳與氨生成碳酸氫銨：
NH3+CO2+H2O
NH
4
HCO
3
制法 單質碳或含碳的可燃物在充足的氧氣中燃燒可產生二氧化碳。有機體的腐爛和人、畜的呼吸也可產生或排出二氧化碳。在工業上，二氧化碳是煅燒石灰石制取石灰或發酵過程的副產品，也是生產氨、汽油和其他化工產品的烴類－蒸氣轉化爐的副產物。從天然氣井和煤的造氣爐中也可得到大量的二氧化碳。
在實驗室裡，常用鹽酸和石灰石（或大理石）反應來制取二氧化碳：
CaCO3+2HCl─→CaCl2+H2O+CO2
有時煙道廢氣也可做二氧化碳的來源，把去除黑煙、炭粒的廢氣冷卻後通入濃的碳酸鉀溶液，以吸收二氧化碳，需用時隻要將溶液加熱即放出二氧化碳。
應用 二氧化碳大量用於生產純堿、小蘇打、氧化鋁、鉛白、尿素和碳酸氫銨等，還可用作調節溶液酸堿性的試劑、清涼飲料的成分、滅火劑、保鮮劑和制冷劑等。二氧化碳還可用於人工模擬光合作用的研究和農業生產中。
二氧化碳無毒性，在大氣中含量為0.03％（體積）左右，某些局部地區或擁擠場所含量會高達1％。在空氣中的含量達到3％時，人體會感到呼吸急促，當濃度達到10％時，就會喪失知覺、呼吸停止而死亡。