W temperaturze pokojowej, CO2 jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, który dobrze rozpuszcza się w wodzie. Pod normalnym ciśnieniem gaz ten przechodzi ze stanu stałego w gazowy, z pominięciem fazy ciekłej w temperaturze -78,5 stopnia Celsjusza. Zwiększone ciśnienie umożliwia jego skraplanie w temperaturze -57 stopni Celsjusza.
Właściwości fizyczne dwutlenku węgla sprawiają, że jest on szeroko wykorzystywany w przemyśle chłodniczym. Używa się go zarówno jako środka chłodniczego, w postaci stałej, zwanej „suchym lodem”, jak również jako czynnika chłodniczego w instalacjach chłodniczych. Na popularność CO2 wpływa również fakt, że nie jest on szkodliwy dla środowiska naturalnego w takim stopniu jak inne gazy używane w procesach chłodniczych, czyli freony. Dwutlenek węgla oraz amoniak są obecnie najczęściej wykorzystywanymi czynnikami chłodniczymi, stosowanymi w chłodnictwie.
Bardzo niskie temperatury parowania CO2 decydują o skróceniu czasu potrzebnego do zamrażania produktów. Zasada chłodzenia i mrożenia polega na wykorzystaniu faktu, że substancje, rozprężając się (parując), pobierają ciepło z otoczenia. Ta zasada wykorzystywana jest w lodówkach i zamrażarkach. Stosowanie dwutlenku węgla, który paruje w temperaturze -50 stopni Celsjusza pozwala na skrócenie czasu zamrażania produktów spożywczych o 25-30 procent. Szybkie zamrożenie w niskiej temperaturze owoców i warzyw sprawia, że zamarzająca woda nie niszczy ich wewnętrznej struktury i po rozmrożeniu nie zamieniają się w papkę.
