Hiilidioksidin ominaisuuksia hyödynnetään monissa sovelluksissa. Elintarviketeollisuudessa sitä käytetään yleisesti jäähdyttämiseen, säilömiseen ja pH-arvon hallintaan. Lisäksi hiilidioksidia käytetään kemikaalien ja hitsausprosessien suojakaasuna, biologisen kasvun edistäjänä, tulipalojen sammutusaineena sekä pH-arvon hallintaan vesien käsittelyssä.
Hiilidioksidin sublimoitumislämpötila ilmakehän paineessa on -78 °C, minkä ansiosta se on käyttökelpoinen jäähdytysaine esimerkiksi elintarvikkeiden pakastamiseen ja jäähdyttämiseen sekä virvoitusjuomien anniskelujärjestelmiin.
Hiilidioksidi liukenee herkästi veteen matalassa paineessa sekä öljyihin ja muoveihin korkeammissa paineissa. Siksi sitä voidaan käyttää esimerkiksi virvoitusjuomien hiilihapottamiseen valmistusvaiheessa, ennen juomapakkauksien sulkemista.
Nestemäinen hiilidioksidi on selektiivinen liuotin useille aineille. Ylikriittisessä paineessa sen liuotusteho on vielä parempi. Kuivana aineena se ei vaurioita herkkiä materiaaleja. Sen vuoksi sitä käytetään esimerkiksi erilaisissa pinnoitusprosesseissa.
Hiilidioksidi reagoi kemiallisesti erilaisten aineiden kanssa korkeissa lämpötiloissa. Ominaisuutta käytetään esimerkiksi metallien sulatus- ja puhdistusprosesseissa sekä jätteidenkäsittelyssä.
Nestemäinen hiilidioksidi muodostaa ilmakehän paineessa hiilihappojäätä, jota voidaan käyttää esimerkiksi puhdistukseen. Hiilihappojääpuhalluksessa pieniä, kuivia jääpaloja puhalletaan pinnoille, jolloin jää irrottaa kiinteän lian, jään ja rasvan. Hiilihappojäätä käytetään myös ultrapuhtaan hiilidioksidin (Ultra High Purity carbon dioxide, UHP) kanssa optisten järjestelmien, puolijohdelaitteiden ja LCD-näyttöjen puhdistamiseen.
