ثاني أكسيد الكربون يحدث عادة كغاز عديم اللون. في شكل صلب ، ويسمى ثلج جاف. الصيغة الكيميائية أو الجزيئية لثاني أكسيد الكربون هي CO2. يتم ربط ذرة الكربون المركزية إلى ذرات أكسجين بواسطة روابط تساهمية مزدوجة. التركيب الكيميائي غير متناظرة وخطي ، لذلك لا يحتوي ثاني أكسيد الكربون ثنائي القطب الكهربائي.
ثاني أكسيد الكربون قابل للذوبان في الماء ، حيث يعمل كحمض ثنائي البروتينات ، وينفصل أولاً لتكوين أيونات البيكربونات ثم الكربونات. الاعتقاد الخاطئ الشائع هو أن كل ثاني أكسيد الكربون الذائب يشكل حمض الكربونيك. يبقى معظم ثاني أكسيد الكربون الذائب في شكله الجزيئي.
كلا الماء (ح2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2) يتكون من ذرات متصلة روابط تساهمية قطبية. بعد، الماء جزيء قطبي بينما ثاني أكسيد الكربون غير قطبي. إن قطبية الروابط الكيميائية داخل الجزيء ليست كافية لجعل القطب الجزيئي. كل جزيء ماء له شكل منحنى بسبب زوج الإلكترون الوحيد على ذرة الأكسجين. كل رابطة C = O في ثاني أكسيد الكربون قطبية ، حيث تسحب ذرة الأكسجين الإلكترونات من الكربون باتجاه نفسها. الشحنات متساوية في الحجم ، ولكن في الاتجاه المعاكس ، لذلك فإن التأثير الصافي هو إنتاج جزيء غير قطبي.