可溶性：極易溶於水而不與水反應，幾乎不發生水解(水溶液中的亞氯酸和氯酸只佔溶質的2%);在水中的溶解度是氯的5～8倍。溶於鹼溶液而生成亞氯酸鹽和氯酸鹽。
水中溶解度：20℃時0.8g/100ml、8300mg/L(ClO₂)是一種黃綠色到橙黃色的氣體，是國際上公認為安全、無毒的綠色消毒劑。
化學鍵：Cl原子以sp2雜化軌道形成σ鍵，分子為V形分子。 氯原子中的一個電子垂直於 O-Cl-O 平面，並與 O,O 的4個電子形成 3原子 5電子 大π鍵(離域π鍵)。
氧化作用：
1.對錳[1] 的氧化
二氧化氯能夠把二價錳氧化成四價錳，使之形成不溶於水的二氧化錳(MnO2)，即：
2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl- 通過氧化，二氧化氯對錳的去除率為69%～81%，而氯對錳的去除率僅為25%，一般二氧化氯的投加量為5.0mg/L。
2.對鐵的氧化
二氧化氯同樣也能夠把二價的鐵氧化成三價的鐵，形成氫氧化鐵沉澱，即：
ClO2+5Fe(HCO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO32-+Cl-+21H+ 通過氧化，二氧化氯對鐵的去除率為78%～95%，而氯對鐵的去除率僅為50%左右，一般二氧化氯的投加量為2.0mg/L。
3.對硫化物的氧化
二氧化氯在pH值5～9的區間內，很快將硫化物(S2-)氧化成硫酸鹽(SO42-)，即：
8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+ 當二氧化氯的投加量為3.0mg/L時，硫的去除率為81%。
4.對氰化物的氧化
二氧化氯可以將氰化物氧化成二氧化碳和氮，即：
2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl- 當氰化物的濃度為3.0mg/L，二氧化氯的投加量為5.0mg/L，其氰化物的去除率一般都大於85%。
