二氧化氯加水基本不发生化学反应：二氧化氯与水反应的方程式为：4Cl02+2H2O=2Cl2+3O2+4HClO。它在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快，特别在低浓度时更突出，也不以二聚或多聚状态存在。当细菌浓度在105-106个/mL时，0.5ppm的ClO2作用5分钟后即可杀灭99%以上的异养菌；而0.5ppm的Cl2的杀菌率最高只能达到75%，试验表明，0.5ppm的ClO2在12小时内对异养菌的杀灭率保持在99%以上，作用时间长达24小时杀菌率才下降为86.3%。