二氧化氯對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力，可快速控制微生物蛋白質的合成，對細菌、病毒等有很強的滅活能力。

  CIO₂在水中是純粹的溶解狀態，不與水發生化學反應，故它的消毒作用受水的pH影響小，這是與氯消毒的區別之一。在較高的pH下，CIO₂消毒能力比氯強。比如PH（PH儀表）為8.5時，可達到99%以上的埃希氏大腸菌的殺滅率，二氧化氯只需要0.25mg/L的有效氯投加量和15s的接觸時間，而氯的投加量至少需要0.75mg/L。二氧化氯消毒的特點是，只起氧化作用，不起氯化作用，因而一般不會產生致癌物質。另外二氧化氯不與氨氮發生反應，因此在相同的有效氯投加量下，可以保持較高的余氯濃度，取得較好的消毒效果。

  二氧化氯不穩定，因而必須在現場制造。二氧化氯的制造成本較高，國內目前只是在一些小型的污水處理工程中采用了二氧化氯消毒工藝。