二氧化氯在水中幾乎100%以分子狀態(tài)存在，易透過細胞膜，二氧化氯在水溶液中的氧化還原電位高達1.5V，其分子結(jié)構(gòu)外層存在一個未成對電子——活潑自由基，具有很強的氧化作用，通過強氧化性殺滅微生物。
　　其殺菌作用主要是通過滲入細菌及其它微生物細胞內(nèi)，與細菌及其它微生物蛋白質(zhì)中的部分氨基酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使氨基酸分解破壞，進而控制微生物蛋白質(zhì)合成，導(dǎo)致細菌死。同時，對細胞壁有較好吸附和透過性能，可有效地氧化細胞內(nèi)含硫基的酶。除對一般細菌有殺死作用外，對芽抱、病毒、藻類、鐵細菌、硫酸鹽還原菌和真菌等均有很好的殺滅作用。
　　二氧化氯對病毒的滅活作用在于其能迅速地對病毒衣殼上的蛋白質(zhì)中的酪氨酸起破壞作用，從而抑制了病毒的特異性吸附，阻止了對宿主細胞的感染。氨基酸與反應(yīng)能力順序為：酪氨酸＞色氨酸＞半胱氨酸＞蛋氨酸。二氧化氯的水溶液不會產(chǎn)生對人體有害的三氯甲烷，殘留生成物為水、氯化鈉和微量的二氧化碳，有機糖等無毒物質(zhì)。
　　能較好地殺滅細菌、病毒，卻不會對動植物機體產(chǎn)生損傷。原因在于細菌的細胞結(jié)構(gòu)與高等動植物截然不同。細菌是原核細胞生物，而動物及人類是真核細胞生物。原核生物細胞中絕大多數(shù)酶系統(tǒng)分布于細胞膜近表面，易受到攻擊；而真核生物細胞的酶系統(tǒng)深人到細胞里面，不易受到二氧化氯的攻擊，不會對其造成傷害。
　　生物體對二氧化氯的敏感性順序為：非細胞病毒＞單細胞原核生物（細菌）＞單細胞真核生物＞多細胞真核生物＞高等動植物。高等動植物不僅具有多細胞復(fù)雜的有機結(jié)構(gòu)，而且體內(nèi)還形成能抵抗各種氧化劑的保護系統(tǒng)。所以，二氧化氯對動植物和人類機體無礙。Akin和Hoff等人對臭氧、二氧化氯、氯及氯胺4種消毒劑進行比較，消毒效率：臭氧＞二氧化氯＞氯＞氯胺；穩(wěn)定性：氯胺＞二氧化氯＞氯＞臭氧。
　　二氧化氯處理水后生成物為水、氯化物、二氧化碳和有機糖等無毒物質(zhì)，不會與酚類結(jié)合生成氯酚化合物、不致畸、不致癌。由于二氧化氯及其它無機產(chǎn)物(亞氯酸鹽)有可能在動物體內(nèi)引起高鐵血紅蛋白血癥，國內(nèi)外對其毒性問題非常重視，進行了大量研究。動物實驗證明，只有接觸高濃度二氧化氯或亞氯酸鹽時，才會對動物產(chǎn)生不利影響，低劑量接觸一股不會影響健康。有人實驗大白鼠長期飲用含二氧化氯為19mg/L的水，兩年后并未檢出對動物健康有害的作用。