二氧化氯对细胞壁有较好的吸附和透过性能，ClO2与微生物接触释放出新生态的氧及次氯酸分子而产生强大的杀菌消毒作用，这种强氧化作用主要表现对负电子或供电子的原子或基团（如氨基酸内含硫基的酶或硫化物、氮化物等）进行攻击，强行掠夺电子使微生物中的氨基酸氧化分解，抑制其生长并将其杀灭，从而达到消毒灭菌的目的。在杀菌过程中蛋白质变性，对高等动物细胞基本上无影响，无氯的刺激性气味。一般情况下，二氧化氯不和烷类生成氯化烷，与绝大多数脂肪族和芳香族的烃反应，不产生致癌的有机物三氯甲烷，其残留物为水、微量氯化钠和二氧化碳等无毒物质。
