Evrendeki en yaygın moleküllerinden biri olan karbondioksit,  bir karbon ve iki oksijen molekülünün birleşiminden meydana gelir. Karbon atomlarının oksijen atomları ile birleşmeleri çok kolaydır çünkü her bir karbon atomunun dış kabuğunda dört elektron vardır.

Aynı şekilde Oksijen atomunun da dış kabuğunda altı elektron bulunur. Her iki atom da dış kabuklarında bulunan elektron sayılarını sekize tamamlamak eğiliminde olduklarından iki oksijen atomu ile karbon atomu ikişer elektronlarını paylaşarak, her biri elektron sayılarını sekize tamamlarlar (karbon atomunda bulunan dört elektron ve her iki oksijen atomundan gelen ikişer elektron ile dış kabukta toplam sekiz elektron oluşur. Benzer şekilde oksijende bulunan altı elektron ile karbondan gelen iki elektron birleşerek son kabukta sekiz elektron oluşur). Bu tarz elektronların paylaşılarak gerçekleştirilen bağlanma çeşidine kovalent bağ denir.

Karbondioksit renksizdir. Düşük konsantrasyonlarda gazı kokusuzdur. Yüksek konsantrasyonlarda ise keskin bir asit kokusu yayar. Standart sıcaklık v basınç koşullarında yoğunluğu metreküp başına 1. 98 kilogramdır ki bu değer havanın yaklaşık bir buçuk katıdır. Karbondioksit 520 kPa basıncın altında sıvılaşmaz. 1 atmosfer basınçta -78. 5 derecenin altındaki sıcaklıklarda gaz halinden doğrudan katı faza geçer ve benzer şekilde bu dereceden yüksek bir derecede katı fazdan gaz fazına süblimleşir ve bu nedenle kuru buz olarak da isimlendirilir.

Karbondioksit, fotosentez olarak bildiğimiz karbon döngüsü esnasında ışık ve su ile birlikte, algler, bitkiler ve siyanobakteriler tarafından kendilerine karbonhidrat enerjisi oluşturmak için absorbe edilir. Bu nedenle yaşamın devamlılığı için vazgeçilmezdir. Karbondioksit, kömür veya hidrokarbonların yanması, sıvıların fermantasyonu ve insan ve hayvanların solunumu sonrası oluşur.

Uzaydaki karbondioksit, molekülleri süpernova patlamasından sonra nebulada oluşmuştur. Uzaydaki karbondioksit molekülleri çok soğuk olduğundan katı fazdadır. Nebulada yeni gezegenler oluşmaya başladıkça, buz halindeki karbondioksit molekülleri de bu gezegenlerin bir parçası olmuştur. Dünyada olduğu gibi, marsta ve diğer gezegenlerde de karbondioksit bulunmaktadır. Dünyamızın yüzeyi uzaydan çok daha sıcak olduğu için bu karbondioksit moleküllerinin büyük bir bölümü ısınarak gaz fazına geçmiştir ve havaya karışmıştır. Havanın yüzde birinden az bir miktarı karbondioksit içerir ancak bu miktarı bile dünyadaki yaşayan tüm canlı organizmalar için hayati önem taşımaktadır.

Tarihçe: Karbondioksit havadan farklı olarak tanımlanmış ilk gaz bileşiğidir. 17. Yüzyılda Flaman bir kimyager olan Jan Baptist van Helmont, kapalı bir kapta kömürü yaktığında, reaksiyon sonunda ortaya çıkan kül miktarının, başlangıcındaki miktardan çok daha az olduğunu fark etmiştir. Bunun sonucunda yorum olarak, kömürün yanma reaksiyonundan sonra "gaz" veya "vahşi ruh" olarak isimlendirdiği görünmez bir forma dönüştüğünü ileri sürmüştür.

Karbon dioksitin özellikleri daha sonraları, İskoç bir fizikçi olan Joseph Black tarafından etraflıca incelenmiştir. Black, kalsiyum karbonatın ısıtıldığında veya asit ile muamele edildiğinde ortaya yoğunluğu havadan daha fazla olan karbondioksit gazının çıktığını, bu gazın ateş ve hayvan yaşamına ters etki ettiğini bulmuştur. 1772 yılında kimyacı Joseph Priestley karbon dioksit üretmek amacı ile kireç taşının üzerine sülfirik asit damlatıp, bir şişe suyun içinde çözmeye çalışmış ve böylece sodayı icat etmiştir.

Karbondioksit, Micheal Faraday ve Humpry Davy tarafından ilk kez 1823 yılında yüksek basınç altında sıvılaştırılmış ve 1834 yılında Charles Thilorier tarafından katılaştırılmıştır.

Kullanımı: Karbondioksit, gıda sanayisinden yağ sanayisine kadar birçok farklı alanda, farklı amaçlarla kullanılmaktadır.

Bunlardan belki de en bilineni gazlı içeceklerdir ki burada gaz olarak tabir edilen şey karbon dioksittir. Bira ve şarap yapımında da kullanılmaktadır. Gıdalarda genellikle asit düzenleyici olarak kullanılmaktadır. Yangın söndürme tüplerinin etken maddesi yine karbon dioksittir. Sıvı ve katı formları iyi bir soğutucudur ve özellikle sağlık alanında olmak üzere bu amaçla birçok alanda kullanımı yaygındır. Yüzme havuzlarında pH kontrolü için kullanıldığı gibi bilinen ilk lazer çeşidi karbondioksit lazerlerdir.

Karbondioksitin çevre üzerine etkisi çok önemlidir. Atmosferde sera gazı etkisi yapar ve küresel ısınma ve antropojenik iklim değişikliklerinde önemli bir rol alır. Aynı zamanda, zayıf asit özelliği gösteren karbonik asit formunda suda çözündüğü zaman okyanusların asitlenmesinin en önemli kaynaklarından biri olur.