二氧化氯是一種黃綠色到橙黃色的氣體，分子量67.45，具有與氯氣相似的刺激氣味，760mmHg時沸點11℃，熔點－59℃，比重為3.09g/L。空氣中的體積濃度超過10％便有爆炸性，但在水溶液卻是十分安全的。
二氧化氯（ClO2）是漢弗萊·戴維于1811年發現的。根據濃度的不同，二氧化氯是一種黃綠色到橙黃色的氣體，分子量67.45，具有與氯氣相似的刺激氣體，760mmHg時沸點11℃，熔點－59℃，比重為3.09g/L。空氣中的體積濃度超過10％便有爆炸性，但在水溶液卻是十分安全的。二氧化氯在水中的溶解度是氯的5倍，20℃、10kpa分壓時達8.3g/L，在水中溶解成黃色的溶液。與氯氣不同，它在水中不水解，也不聚合，在PH2-9范圍內以一種溶解的氣體存在，具有一定的揮發性。
二氧化氯（ClO2）中含氯52.6％，Cl＋1→CL＋4的氧化過程中有5個電子轉移，故其當量有效氯為52.6％×5＝263％，這表明ClO2氧化能力是Cl2的2.5倍左右。ClO2與Cl2很大的不同是ClO2是一種強氧化劑，而不是氯化劑，不產生氧化反應。因此，二氧化氯與酚反應不產異味很大的氯苯酚，二氧化氯與腐殖質及有機物反應幾乎不產生發散性有機鹵化物（TOX），不生成并抑制生成有致癌作用的三鹵甲烷（THM），二氧化氯不與氨及氨基化合反應。二氧化氯作為一種強氧化劑，它能有效破壞水體中的微量有機污染物，如苯并芘、葸醌、氯仿、四氯化碳、酚、氯酚、氰化物、硫化氫及有機硫化物、氧化有機物時不發生氯代反應。由于ClO2高效、安全、無毒，在美國，ClO2 用于飲用水處理已超過50年。
