Le dioxyde de carbone se produit normalement sous forme de gaz incolore. Sous forme solide, il est appelé glace carbonique. La formule chimique ou moléculaire du dioxyde de carbone est le CO2. L'atome de carbone central est relié à deux atomes d'oxygène par des doubles liaisons covalentes. La structure chimique est centrosymétrique et linéaire, donc le dioxyde de carbone n'a pas Dipôle électrique.
Le dioxyde de carbone est soluble dans l'eau, où il agit comme un acide diprotique, se dissociant d'abord pour former l'ion bicarbonate, puis le carbonate. Une idée fausse commune est que tout le dioxyde de carbone dissous forme de l'acide carbonique. La plupart du dioxyde de carbone dissous reste sous forme moléculaire.
Les deux eau (H2O) et de dioxyde de carbone (CO2) se compose d'atomes reliés par liaisons covalentes polaires. Encore, l'eau est une molécule polaire tandis que le dioxyde de carbone est non polaire. La polarité des liaisons chimiques au sein d'une molécule n'est pas suffisante pour rendre la molécule polaire. Chaque molécule d'eau a une forme courbée en raison de la seule paire d'électrons sur l'atome d'oxygène. Chaque liaison C = O dans le dioxyde de carbone est polaire, l'atome d'oxygène tirant les électrons du carbone vers lui. Les charges sont de même ampleur, mais de sens opposé, donc l'effet net est de produire une molécule apolaire.