可溶性：極易溶于水而不與水反應，幾乎不發生水解（水溶液中的亞氯酸和氯酸只占溶質的2%）；在水中的溶解度是氯的5～8倍。溶于堿溶液而生成亞氯酸鹽和氯酸鹽。

水中溶解度：20℃時0.8g/100ml、8300mg/L
化學鍵：Cl原子以sp2雜化軌道形成σ鍵，分子為V形分子。 氯原子中的一個電子垂直于 O-Cl-O 平面，并與 O,O 的4個電子形成 3原子 5電子 大π鍵(離域π鍵)。
1.對錳的氧化
二氧化氯能夠把二價錳氧化成四價錳，使之形成不溶于水的二氧化錳(MnO2)，即：
2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl- 通過氧化，二氧化氯對錳的去除率為69%～81%，而氯對錳的去除率僅為25%，一般二氧化氯的投加量為5.0mg/L。
2.對鐵的氧化
二氧化氯同樣也能夠把二價的鐵氧化成三價的鐵，形成氫氧化鐵沉淀，即：
ClO2+5Fe(HCO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO32-+Cl-+21H+ 通過氧化，二氧化氯對鐵的去除率為78%～95%，而氯對鐵的去除率僅為50%左右，一般二氧化氯的投加量為2.0mg/L。
3.對硫化物的氧化
二氧化氯在pH值5～9的區間內，很快將硫化物(S2-)氧化成硫酸鹽(SO42-)，即：
8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+ 當二氧化氯的投加量為3.0mg/L時，硫的去除率為81%。
4.對氰化物的氧化
二氧化氯可以將氰化物氧化成二氧化碳和氮，即：
2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl- 當氰化物的濃度為3.0mg/L，二氧化氯的投加量為5.0mg/L，其氰化物的去除率一般都大于85%。

優點
廣譜性：能殺死病毒、細菌、原生生物、藻類、各種孢子及孢子形成的菌體
高效：0.1ppm下即可殺滅所有細菌繁殖體和許多致病菌，50ppm可完全殺滅細菌繁殖體、肝炎病毒、噬菌體和細菌芽孢
受溫度和氨影響小：在低溫和較高溫度下殺菌效力基本一致
pH適用范圍廣：能在pH2～10范圍內保持很高的殺菌效率
安全無殘留：不與有機物發生氯代反應，不產生三致物質和其它有毒物質
對人體無刺激等優點：低于500ppm時，其影響可以忽略，100ppm以下對人沒任何影響。