现代科学家一般认为CO2分子的中心原子碳原子采取sp杂化，2条sp杂化轨道分别与2个氧原子的2p轨道（含有一个电子）重叠形成2条σ键，碳原子上互相垂直的p轨道再分别与2个氧原子中平行的p轨道形成2条大π键。17世纪初，比利时医生海尔蒙特即扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特，发现木炭燃烧之后除了产生灰烬外还产生一些看不见、摸不着的物质，并通过实验证实了这种被他称为“森林之精”的二氧化碳是一种不助燃的气体，确认了二氧化碳是一种气体；还发现烛火在该气体中会自然熄灭，这是二氧化碳惰性性质的次发现。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。
这个过程的简单机理为：在初始阶段，二氧化碳被吸附在阴极催化剂表面，形成中间产物；然后电子在两个电极间电势差的作用下发生转移，转移数可能是2、4、6、8、12，还原产物随电子转移数的不同而可能是、甲酸根、甲酸、、和乙烯等。由于是在水溶液中，也会发生析氢反应，从而产生氢气。固态二氧化碳广泛用于冷藏奶制品、肉类、冷冻食品和其它转运中易的食品，在许多工业加工中作为冷冻剂，例如粉碎热敏材料、橡胶磨光、金属冷处理、机械零件的收缩装配、真空冷阱等。②石油、石腊、煤炭、燃烧过程中，也要释放出二氧化碳。③石油、煤炭在生产化工产品过程中，也会释放出二氧化碳。
高纯二氧化碳主要用于电子工业，医学研究及临床诊断、二氧化碳激光器、检测仪器的校正气及配制其它特种混台气，在聚乙烯聚合反应中则用作调节剂。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。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。