공기 중에 0.03% 존재하는 무색의 기체이며, 화학식은 CO2이다. 대기 중에 소량(약 300ppm)이 존재하며, 탄소를 포함하고 있는 물질이 타거나 발효할 때, 동물이 호흡할 때 생기고 식물이 광합성하여 탄수화물을 만드는 데 사용된다. 대기 중의 이산화탄소는 지구 복사에너지의 일부를 차단하여 이른바 온실 효과를 일으킨다. 공업적으로 응용 분야가 매우 많으며, 암모니아 합성에 필요한 수소 기체를 만들 때 부산물로 생기는 연도 기체에서 얻을 수 있고, 석회가마와 그 밖의 다른 공급원에서도 얻을 수 있다. 액화 이산화탄소를 대기압에서 팽창시키면 냉각되어 부분적으로 얼어 드라이아이스라고 하는 눈과 비슷한 고체가 된다. 드라이아이스는 -78.5oC, 대기압에서 승화된다. 상온에서는 반응성이 거의 없으며, 1,700℃ 이상의 온도에서 부분적으로 분해되어 일산화탄소와 산소로 된다. 수소나 탄소와 함께 고온으로 가열하면 일산화탄소로 전환된다. 대기압에서 암모니아와 반응하여 카르밤산암모늄(ammonium carbamate)이 만들어지며, 이것은 비료와 플라스틱의 중요한 성분인 요소가 된다. 이산화탄소는 물에 약간 녹아 약산성 용액이 되며, 이 용액은 이염기산인 탄산(H2CO3)을 함유한다. 이산화탄소는 냉매, 소화기(消火器), 구명 뗏목과 구명 조끼가 물에 뜨도록 하는데, 숯을 말리는데, 거품 고무와 거품 수지를 만드는데, 온실에서 식물의 성장을 촉진시키는데, 동물을 도살하기 전에 움직이지 못하도록 하는데, 탄산음료를 만드는 데 등에 이용한다. 점화된 마그네슘은 이산화탄소에서 계속 타기는 하지만 그 밖의 물질을 연소시키지는 못한다. 사람이 5%의 이산화탄소에 장기간 노출되면 의식을 잃거나 사망하기도 한다.