Kohlenstoffdioxid ist ein Bestandteil der Luft, es ist im Wasser gelöst, und es kommt im Stoffwechsel der Lebewesen vor. Die Atmosphäre der Erde enthält 0,04 Volumenprozent Kohlenstoffdioxid. In dieser Konzentration wirkt das Gas nicht schädlich. Zu hohe Gehalte in der Atemluft wirken toxisch, auch wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist. Der Arbeitsplatzgrenzwert liegt bei 0,5 Volumenprozent. Bei Volumenkonzentrationen von drei bis fünf Prozent beginnt man schnell zu atmen. Ab einer Konzentration von sechs Volumenprozent besteht die Gefahr, dass man ohnmächtig wird. Noch höhere Konzentrationen wirken tödlich.
Chemisch-physikalische Eigenschaften
Kohlenstoffdioxid ist ein farb- und geruchloses Gas mit einem schwach säuerlich schmeckenden Geschmack. In einem Liter Wasser kann man etwa 0,880 Liter Kohlenstoffdioxid auflösen. Das Gas ist schwerer als Luft und kann in einem offenen Behälter eine Weile aufbewahrt werden. Es unterhält die Verbrennung nicht, Flammen erlöschen bei Volumenkonzentrationen von acht bis zehn Prozent Kohlenstoffdioxid in der Luft. Der chemische Nachweis von Kohlenstoffdioxid im Labor erfolgt mit Kalkwasser, einer Lösung von Calciumhydroxid in Wasser.
Eine Kerzenflamme erstickt in einem Behälter mit CO2.Bei 20 °C und 55,4 Bar Druck kann Kohlenstoffdioxid zu einer farblosen, leicht beweglichen Flüssigkeit verflüssigt werden. Vermindert man den Druck rasch, entsteht so viel Verdunstungskälte, dass die Temperatur auf weniger als −80 °C abkühlt und fester Kohlensäureschnee entsteht, der unter dem Namen Trockeneis bekannt ist. Dieser Schnee bildet sich auch bei der Verwendung von kohlenstoffdioxidhaltigen Feuerlöschern. Trockeneis geht bei −78,48 °C sofort in gasförmiges Kohlenstoffdioxid über. Dieses Phänomen, des Überspringens der flüssigen Zustandform, wird als Sublimation bezeichnet.
Beim Erhitzen ist das gasförmige Kohlenstoffdioxid sehr beständig. Erst oberhalb von 2000 °C spaltet es sich allmählich in Kohlenstoffmonooxid und Sauerstoff:
CO2 
CO + ½ O2 ΔHR = +282 kJ/mol
CO + ½ O2 ΔHR = +282 kJ/mol Durch unedle Metalle wie Magnesium wird Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoff reduziert:
CO2 + 2 Mg 
2 MgO + C ΔHR = −809 kJ/mol
2 MgO + C ΔHR = −809 kJ/mol Aus diesem Grund brennt ein Magnesiumband in einem mit Kohlenstoffdioxid gefüllten Behälter weiter. Mit Wasserstoff kann CO2 bei hohen Temperaturen sogar zu Methan reduziert werden. Kohlenstoffdioxid ist gut wasserlöslich, es löst sich unter Bildung von Kohlensäure:
CO2 + H2O H2CO3
H2CO3 