二氧化碳的結構特點是C原子以sp雜化軌道形成δ鍵，分子形狀爲直線形。
在CO₂分子中，碳原子採用sp雜化軌道與氧原子成鍵。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。C原子上兩個未參加雜化的p軌道與sp雜化軌道成直角，並且從側面同氧原子的p軌道分別肩並肩地發生重疊，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叄鍵特徵。決定分子形狀的是sp雜化軌道，CO₂爲直線型分子式。二氧化碳密度較空氣大，當二氧化碳少時對人體無危害，但其超過一定量時會影響人（其他生物也是）的呼吸，原因是血液中的碳酸濃度增大，酸性增強，併產生酸中毒。空氣中二氧化碳的體積分數爲1%時，感到氣悶，頭昏，心悸；4%-5%時感到眩暈。6%以上時使人神志不清、呼吸逐漸停止以致死亡。
