高純二氧化碳在二氧化碳分子中，碳原子的成鍵方式是sp雜化軌道與氧原子成鍵。碳原子的兩個sp雜化軌道分別與兩個氧原子生成兩個σ鍵。碳原子上兩個沒有參加雜化的p軌道與成鍵的sp雜化軌道成90°的直角，并同氧原子的p軌道分別發生重疊，故縮短了碳氧鍵的間距。
二氧化碳平均約占大氣體積的387ppm。大氣中的二氧化碳含量隨季節變化，這主要是由于植物生長的季節性變化而導致的。當春夏季來臨時，植物由于光合作用消耗二氧化碳，其含量隨之減少；反之，當秋冬季來臨時，植物不但不進行光合作用，反而制造二氧化碳，其含量隨之上升。
高純二氧化碳常壓下為無色、無臭、不助燃、不可燃的氣體。二氧化碳是一種溫室氣體因為它發送可見光，但在強烈吸收紅外線。二氧化碳的濃度于2009年增長了約二百萬分之一.