高純二氧化碳主要用于電子工業，醫學研究及臨床診斷、二氧化碳激光器、檢測儀器的校正氣及配制其它特種混臺氣，在聚乙烯聚合反應中則用作調節劑。

固態二氧化碳廣泛用于冷藏奶制品、肉類、冷凍食品和其它轉運中易腐敗的食品，在許多工業加工中作為冷凍劑，例如粉碎熱敏材料、橡膠磨光、金屬冷處理、機械零件的收縮裝配、真空冷阱等。

氣態二氧化碳用于碳化軟飲料、水處理工藝的pH控制、化學加工、食品保存、化學和食品加工過程的惰性保護、焊接氣體、植物生長刺激劑，在鑄造中用于硬化模和芯子及用于氣動器件，還應用于殺菌氣的稀釋劑（即用氧化乙烯和二氧化碳的混臺氣作為殺菌、殺蟲劑、熏蒸劑，廣泛應用于醫療器具、包裝材料、衣類、毛皮、被褥等的殺菌、骨粉消毒、倉庫、工廠、文物、書籍的熏蒸）。 液體二氧化碳用作致冷劑，飛機、導彈和電子部件的低溫試驗，提高油井采收率，橡膠磨光以及控制化學反應，也可用作滅火劑。

超臨界狀態的二氧化碳可以用作溶解非極性、非離子型和低分子量化合物的溶劑，所以在均相反應中有廣泛應用。