C原子以sp雜化軌道形成δ鍵。分子形狀為直線形。非極性分子。在CO2分子中，碳原子采用sp雜化軌道與二氧化碳分子結構氧原子成鍵。C原子的兩個sp雜化軌道分別與兩個O原子生成兩個σ鍵。
　 　二氧化碳在常溫常壓下為無色無嗅的氣體。CO2分子有16個價電子，基態為線性分子，屬D∞h點群。CO2分子中碳氧鍵鍵長為116pm，介于碳氧雙鍵 （乙醛中C=O鍵長為124pm）和碳氧三鍵（CO分子中C≡O鍵長為112.8pm）之間，說明它已具有一定程度的叁鍵特性。因此，有人認為在CO2分 子中可能存在著離域的大π鍵，即碳原子除了與氧原子形成兩個鍵外，還形成兩個三中心四電子的大π鍵。
　　C原子上兩個未參加雜化的p軌道與sp雜 化軌道成直角，并且從側面同氧原子的p軌道分別肩并肩地發生重疊，生成兩個∏三中心四電子的離域鍵。因此，縮短了碳—氧原子間地距離，使CO2中碳氧鍵具 有一定程度的叁鍵特征。決定分子形狀的是sp雜化軌道，CO2為直線型分子式。
　　空氣中有微量的二氧化碳，約占0.039%。二氧化碳略溶于水中，形成碳酸，碳酸是一種弱酸。