随浓度不同，二氧化氯是一种黄绿色到橙色的气体，具有与氯气相似的刺激性气味，沸点为11℃，在空气中的体积浓度超过10%便有爆炸性，但在水溶液中二氧化氯十分稳定，与氯不同，它在水中不与水反应，也不酸解。二氧化氯是一种氧化剂，而不是氯化剂，其氧化能力是氯的2.5倍。二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速抑制微生物蛋白质的合成，从而破坏微生物。二氧化氯除对一般细菌有杀死作用外，对芽苞、病毒、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌和真菌等均有很好的灭杀作用。由于二氧化氯对压力敏感，不能装运及长期存储，通常需现场发生就地使用。
2.2二氧化氯用于饮用水消毒杀菌的优势
1)杀菌性能
二氧化氯对大肠杆菌、脊髓灰质炎病毒、肝炎病毒、兰伯氏贾第虫胞襄不但有很好的消毒杀菌作用，且效果优于自由氯。与氯不同，二氧化氯的杀菌活性在很宽的ph范围内都比较稳定。当ph为6.5时，0.25mg/l的二氧化氯和氯对大肠杆菌一分钟的灭杀率相似；而ph为8.5时，二氧化氯能保持相同的灭杀效率，而氯气则需要5倍的时间，故二氧化氯对于高ph值、石灰软化水无疑是合适的消毒剂。二氧化氯同样能有效地杀死其他的传染性细菌，如葡萄球菌和沙门氏菌。在处理脊髓灰质炎病毒和大肠噬菌体时，2mg/l剂量的二氧化氯产生的存活率比10mg/l剂量的氯低得多。
2)对thms的控制
thms（总三卤甲烷）被怀疑是致癌物质,而二氧化氯可以防止thms的形成。与氯不同，二氧化氯与thms前体，如腐殖物和灰黄霉酸发生的是氧化反应，不形成氯代有机物thms。通常，二氧化氯对thms控制是取代前氧化。
3)除藻
二氧化氯对各种藻都有杀伤致死作用。它不仅对藻类进行有效杀灭，而且即使是存活的藻类，也会使其失去繁殖能力。此外，二氧化氯还可以有效地控制藻类以及腐烂的蔬菜产生的异味，且能控制侵害有机体并产生异味的放线菌。
藻类的大量繁殖不仅使给水处理带来困难，还会带来色、嗅、味的问题。夏天，自来水厂的沉淀池、滤池内藻类繁殖较为严重，使用预氯化除藻，壁上仍然会有藻类繁殖，杀藻效果不明显。以湖泊、水库为水源的给水工程，由于水源受有机物污染而富含氮、磷，使水体富营养化，再加上相对静止的水利条件，很容易造成藻类的大量繁殖。为了除藻，有的地方不得不向水中投放大量的硫酸铜，而实际上硫酸铜杀藻效果并不如使用二氧化氯好，在相近的处理费用下，二氧化氯比硫酸铜更有效。美国费城以二氧化氯替代硫酸铜用作水库的除藻剂，在52个用二氧化氯进行味、臭处理的调查报告中，7个有藻类问题的调查表明二氧化氯对藻类及腐烂植物所产生的味臭控制极为有效。
4)二氧化氯除铁、锰
水中含有过量的铁和锰，将有害人体健康，给生活带来不便，并危害工业生产，影响产品质量。因此，国家饮用水卫生标准规定：饮用水中含铁量不得超过0.3mg/l。因此，提高地下水除铁除锰技术水平，在给水净化工艺中，占有很重要地位。
二氧化氯能够把二价锰氧化成四价锰，使之形成不溶于水的二氧化锰(mno2),即
2clo2+5mn2++6h2o=5mno2+12h++2cl-
二氧化锰不溶于水，在离开水厂前可以过滤掉。除去一份锰需要2.45倍（按重量计）的二氧化氯。ph值大于7时，能获得*的效果。通过氧化,二氧化氯对锰的去除率为69%至81%,而氯对锰的去除率仅为25%。
同样，二氧化氯也能够把二价的铁氧化成三价的铁,形成氢氧化铁沉淀,即
6clo2+5fe(hco3)2+3h2o=5fe(oh)3+10co3-+6cl-+h+
氧化溶解的金属铁，需要1.2倍（按重量计）的二氧化氯。通过氧化,二氧化氯对铁的去除率为78%至95%,而氯对铁的去除率仅为50%左右。
5）对水中酚类化合物的破坏
地表水常含有工业产生的酚。用氯气消毒时，生成氯化酚，导致味和嗅。二氧化氯能经济而有效地破坏水中的酚类，而且不形成令人讨厌的副产物。当ph<10时，1份重量的*可被1.5份的二氧化氯氧化成对苯醌.当ph>10时，3.3份重量的二氧化氯能将1份重量的*氧化成小分子量的二元脂肪酸。二氧化氯能*破坏氯酚，*去除是一份氯酚要求七份的二氧化氯。当ph值为7时，所有的酚都反应*。