用作氧化劑、脫臭劑、殺生劑、保鮮劑、漂白劑等。
二氧化氯因為其具有殺菌能力強，對人體及動物沒有危害以及對環境不造成二次汙染等特點而備受人們的青睞。二氧化氯不僅是一種不產生致癌物的廣譜環保型殺菌消毒劑，而且還在殺菌、食品保鮮、除臭等方面表現出顯著的效果。
二氧化氯還可以用於漂白，如紡織與造紙元採用氯氣漂白的都可以用二氧化氯替代。
二氧化氯的主要用途在自來水的消毒，和麵粉與木質紙漿的漂白。
它能很有效地對抗病毒、細菌和包括梨形鞭毛蟲(Giardia lamblia)與隱孢子蟲(Cryptosporidium)等原生生物所引起的囊腫與卵囊。
從1956年比利時的布魯塞爾把自來水消毒劑由氯氣改成二氧化氯後，二氧化氯開始被廣泛地使用。
在襲擊紐奧良的颶風卡特里娜過後，二氧化氯就被用來清除被洪水淹沒後房屋上的危險黴菌。而中國政府也於2006年3月6日預告二氧化氯為自來水消毒劑。
