L'anidride carbonica normalmente si presenta come un gas incolore. In forma solida, si chiama ghiaccio secco. La formula chimica o molecolare per l'anidride carbonica è la CO2. L'atomo di carbonio centrale è unito a due atomi di ossigeno da doppi legami covalenti. La struttura chimica è centrosimmetrica e lineare, quindi l'anidride carbonica non ha dipolo elettrico.
L'anidride carbonica è solubile in acqua, dove funge da acido diprotico, prima dissociandosi per formare lo ione bicarbonato e poi carbonato. Un malinteso comune è che tutto l'anidride carbonica disciolta forma acido carbonico. La maggior parte dell'anidride carbonica disciolta rimane in forma molecolare.
Entrambe le acque (H2O) e anidride carbonica (CO2) è costituito da atomi collegati da legami polari covalenti. Tuttavia, l'acqua è una molecola polare mentre l'anidride carbonica non è polare. La polarità dei legami chimici all'interno di una molecola non è sufficiente per rendere la molecola polare. Ogni molecola d'acqua ha una forma piegata a causa della coppia di elettroni solitario sull'atomo di ossigeno. Ogni legame C = O nel biossido di carbonio è polare, con l'atomo di ossigeno che tira gli elettroni dal carbonio verso se stesso. Le cariche sono uguali in grandezza, ma opposte in direzione, quindi l'effetto netto è di produrre una molecola non polare.