A szén-dioxid általában színtelen gázként fordul elő. Szilárd formában hívják szárazjég. A szén-dioxid kémiai vagy molekuláris képlete a CO2. A központi szénatomot kovalens kettős kötések kötik össze két oxigénatommal. A kémiai szerkezet centroszimetrikus és lineáris, tehát a szén-dioxidnak nincs elektromos dipól.
A szén-dioxid oldódik vízben, ahol diprotikus savként működik, először disszociálva, és így hidrogénkarbonát-iont képez, majd karbonátot képez. Általános tévhit, hogy az összes oldott szén-dioxid szénsavat képez. A legtöbb oldott szén-dioxid molekuláris formában marad.
Mindkét víz (H2O) és szén-dioxid (CO2) atomokból áll, amelyek kapcsolódnak poláris kovalens kötések. Még, a víz egy poláris molekula míg a szén-dioxid nem poláris. A molekulán belüli kémiai kötések polaritása nem elegendő ahhoz, hogy a molekula poláris legyen. Minden vízmolekula hajlított alakú, az oxigénatomon lévő magányos elektronpárok miatt. A szén-dioxidban lévő minden C = O-kötés poláris, az oxigénatom az elektronokat a szénből maga felé húzza. A töltések nagyságrendben megegyeznek, ám ellenkező irányban vannak, tehát a nettó hatás egy nem poláros molekula előállítása.