Dioxidul de carbon apare în mod normal ca un gaz incolor. În formă solidă, se numește gheata uscata. Formula chimică sau moleculară pentru dioxidul de carbon este CO2. Atomul central de carbon este unit cu doi atomi de oxigen prin legături duble covalente. Structura chimică este centimetrică și liniară, deci dioxidul de carbon nu are nr dipol electric.
Dioxidul de carbon este solubil în apă, unde acționează ca un acid diprotic, mai întâi disociat pentru a forma ionul bicarbonat și apoi carbonatul. O concepție greșită comună este că tot dioxidul de carbon dizolvat formează acid carbonic. Majoritatea dioxidului de carbon dizolvat rămâne sub formă moleculară.
Atât apa (H2O) și dioxid de carbon (CO2) constă din atomi conectați de legături covalente polare. Inca, apa este o moleculă polară în timp ce dioxidul de carbon este nepolar. Polaritatea legăturilor chimice din interiorul unei molecule nu este suficientă pentru a face molecula polară. Fiecare moleculă de apă are o formă îndoită din cauza perechii de electroni singulari pe atomul de oxigen. Fiecare legătură C = O în dioxidul de carbon este polară, cu atomul de oxigen trăgând electronii din carbon spre sine. Încărcările sunt egale ca mărime, dar în sens opus, deci efectul net este acela de a produce o moleculă nepolară.