C原子以sp雜化軌道形成δ鍵。分子形狀為直線形。非極性分子。在CO?分子中，碳原子采用sp雜化軌道與氧原子成鍵。C原子的兩個sp雜化軌道分別與兩個O原子生成兩個σ鍵。C原子上兩個未參加雜化的p軌道與sp雜化軌道成直角，并且從側面同氧原子的p軌道分別肩并肩地發生重疊，生成兩個∏三中心四電子的離域鍵。因此，縮短了碳—氧原子間地距離，使CO2中碳氧鍵具有一定程度的叁鍵特征。決定分子形狀的是sp雜化軌道，CO?為直線型分子式。二氧化碳密度較空氣大，當二氧化碳少時對人體無危害，但其超過一定量時會影響人（其他生物也是）的呼吸，原因是血液中的碳酸濃度增大，酸性增強，并產生酸中毒。空氣中二氧化碳的體積分數為1%時，感到氣悶，頭昏，心悸；4%-5%時感到眩暈。6%以上時使人神志不清、呼吸逐漸停止以致死亡

空氣中有微量的二氧化碳，約占0.039%。二氧化碳能溶于水中，形成碳酸，碳酸是一種弱酸。

二氧化碳平均約占大氣體積的387ppm。大氣中的二氧化碳含量隨季節變化，這主要是由于植物生長的季節性變化而導致的。當春夏季來臨時，植物由于光合作用消耗二氧化碳，其含量隨之減少；反之，當秋冬季來臨時，植物不但不進行光合作用，反而制造二氧化碳，其含量隨之上升。二氧化碳常壓下為無色、無臭、不助燃[1]、不可燃的氣體。二氧化碳是一種溫室氣體因為它發送可見光，但在強烈吸收紅外線。二氧化碳的濃度于2009年增長了約二百萬分之一。