高純二氧化碳主要用于電子工業，醫學研究及臨床診斷、二氧化碳激光器、檢測儀器的校正氣及配制其它特種混臺氣，在聚乙烯聚合反應中則用作調節劑。這個過程的簡單機理為：在初始階段，二氧化碳被吸附在陰極催化劑表面，形成中間產物；然后電子在兩個電極間電勢差的作用下發生轉移，轉移數可能是2、4、6、8、12，還原產物隨電子轉移數的不同而可能是、甲酸根、甲酸、、和乙烯等。由于是在水溶液中，也會發生析氫反應，從而產生氫氣。天然的溫室效應：大氣中的二氧化碳等溫室氣體在強烈吸收地面長波輻射后能向地面輻射出波長更長的長波輻射，對地面起到了保溫作用。

氣態二氧化碳用于碳化軟飲料、水處理工藝的pH控制、化學加工、食品保存、化學和食品加工過程的惰性保護、焊接氣體、植物生激劑。二氧化碳是碳氧化合物之一，是一種無機物，不可燃，通常也不支持燃燒，低濃度時無毒性。它也是碳酸的酸酐，屬于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，其中碳元素的化合價為+4價，處于碳元素的態，故二氧化碳具有氧化性而無還原性，但氧化性不強。原始社會時期，原始人在生活實踐中就感知到了二氧化碳的存在，但由于歷史條件的限制，他們把看不見、摸不著的二氧化碳看成是一種殺生而不留痕跡的兇神而非一種物質。

固態二氧化碳廣泛用于冷藏奶制品、肉類、冷凍食品和其它轉運中易的食品，在許多工業加工中作為冷凍劑，例如粉碎熱敏材料、橡膠磨光、金屬冷處理、機械零件的收縮裝配、真空冷阱等。CO2分子形狀是直線形的，其結構曾被認為是：O=C=O。但CO2分子中碳氧鍵鍵長為116pm，介于碳氧雙鍵（鍵長為124pm）和碳氧三鍵（鍵長為113pm）之間，故CO2中的碳氧鍵具有一定程度的三鍵特征。由于還原二氧化碳需要的活化能較高，這個過程需要加一定高電壓后才能實現，而在陰極發生的氫析出反應的程度隨電壓的增加而加大，會抑制了二氧化碳的還原，故二氧化碳的還原需要有合適的催化劑，以致二氧化碳的電化學還原往往是個電催化還原過程。