二氧化氯的分子式为ClO2，是一种随浓度升高颜色由黄绿色到橙色的气体，具有与氯气相似的刺激性气味。二氧化氯易溶于水，溶解度约为氯气的5倍。与氯不同，二氧化氯在水中以纯粹的溶解气体形式存在，不发生水解反应。