C原子以sp杂化轨道形成δ键。分子形状为直线形。非极性分子。在CO2分子中，碳原子采用sp杂化轨道与二氧化碳分子结构氧原子成键。C原子的两个sp杂化轨道分别与两个O原子生成两个σ键。
二氧化碳在常温常压下为无色无嗅的气体。CO2分子有16个价电子，基态为线性分子，属D∞h点群。CO2分子中碳氧键键长为116pm，介于碳氧双键 （乙醛中C=O键长为124pm）和碳氧三键（CO分子中C≡O键长为112.8pm）之间，说明它已具有一定程度的叁键特性。因此，有人认为在CO2分 子中可能存在着离域的大π键，即碳原子除了与氧原子形成两个键外，还形成两个三中心四电子的大π键。
C原子上两个未参加杂化的p轨道与sp杂 化轨道成直角，并且从侧面同氧原子的p轨道分别肩并肩地发生重叠，生成两个∏三中心四电子的离域键。因此，缩短了碳—氧原子间地距离，使CO2中碳氧键具 有一定程度的叁键特征。决定分子形状的是sp杂化轨道，CO2为直线型分子式。
空气中有微量的二氧化碳，约占0.039%。二氧化碳略溶于水中，形成碳酸，碳酸是一种弱酸。
