CO2分子形狀是直線形的，其結構曾被認為是：O=C=O。但CO2分子中碳氧鍵鍵長為116pm，介于碳氧雙鍵（鍵長為124pm）和碳氧三鍵（鍵長為113pm）之間，故CO2中碳氧鍵具有一定程度的叁鍵特征。

現代科學家一般認為CO2分子的中心原子C原子采取sp雜化，2條sp雜化軌道分別與2個O原子的2p軌道（含有一個電子）重疊形成2條σ鍵，C原子上互相垂直的p軌道再分別與2個O原子中平行的p軌道形成2條大π鍵。

化學性質

二氧化碳是碳氧化合物之一，是一種無機物，不可燃，通常也不支持燃燒，低濃度時無毒性。它也是碳酸的酸酐，屬于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，其中碳元素的化合價為+4價，處于碳元素的最高價態，故二氧化碳具有氧化性而無還原性，但氧化性不強。