Kohlendioxid tritt normalerweise als farbloses Gas auf. In fester Form heißt es Trockeneis. Die chemische oder molekulare Formel für Kohlendioxid lautet CO2. Das zentrale Kohlenstoffatom ist durch kovalente Doppelbindungen mit zwei Sauerstoffatomen verbunden. Die chemische Struktur ist zentrosymmetrisch und linear, so dass Kohlendioxid keine hat Elektrischer Dipol.
Kohlendioxid ist in Wasser löslich, wo es als diprotische Säure wirkt und zuerst unter Bildung des Bicarbonation und dann des Carbonats dissoziiert. Ein häufiges Missverständnis ist, dass alles gelöste Kohlendioxid Kohlensäure bildet. Das meiste gelöste Kohlendioxid bleibt in molekularer Form.
Beide Wasser (H.2O) und Kohlendioxid (CO2) besteht aus Atomen, die durch verbunden sind polare kovalente Bindungen. Noch, Wasser ist ein polares Molekül während Kohlendioxid unpolar ist. Die Polarität der chemischen Bindungen innerhalb eines Moleküls reicht nicht aus, um das Molekül polar zu machen. Jedes Wassermolekül hat aufgrund des einsamen Elektronenpaars am Sauerstoffatom eine gebogene Form. Jede C = O-Bindung in Kohlendioxid ist polar, wobei das Sauerstoffatom die Elektronen vom Kohlenstoff zu sich selbst zieht. Die Ladungen sind gleich groß, aber in entgegengesetzter Richtung, so dass der Nettoeffekt darin besteht, ein unpolares Molekül zu erzeugen.