高纯二氧化碳主要用于电子工业，医学研究及临床诊断、二氧化碳激光器、检测仪器的校正气及配制其它特种混台气，在聚乙烯聚合反应中则用作调节剂。
固态二氧化碳广泛用于冷藏奶制品、肉类、冷冻食品和其它转运中易腐败的食品，在许多工业加工中作为冷冻剂，例如粉碎热敏材料、橡胶磨光、金属冷处理、机械零件的收缩装配、真空冷阱等。
气态二氧化碳用于碳化软饮料、水处理工艺的pH控制、化学加工、食品保存、化学和食品加工过程的惰性保护、焊接气体、植物生长刺激剂，在铸造中用于硬化模和芯子及用于气动器件，还应用于杀菌气的稀释剂（即用氧化乙烯和二氧化碳的混台气作为杀菌、杀虫剂、熏蒸剂，广泛应用于医疗器具、包装材料、衣类、毛皮、被褥等的杀菌、骨粉消毒、仓库、工厂、文物、书籍的熏蒸）。
液体二氧化碳用作致冷剂，飞机、导弹和电子部件的低温试验，提高油井采收率，橡胶磨光以及控制化学反应，也可用作灭火剂。
超临界状态的二氧化碳可以用作溶解非极性、非离子型和低分子量化合物的溶剂，所以在均相反应中有广泛应用。
二氧化碳用途较广，具体有以下几点：
二氧化碳可注入饮料中，增加压力，使饮料中带有气泡，增加饮用时的口感，像汽水、啤酒均为此类的例子。
固态的二氧化碳（或干冰）在常温下会气化，吸收大量的热，因此可用在急速的食品冷冻。
二氧化碳的重量比空气重，不助燃，因此许多灭火器都通过产生二氧化碳，利用其特性灭火。而二氧化碳灭火器是直接用液化的二氧化碳灭火，除上述特性外，更有灭火后不会留下固体残留物的优点。
二氧化碳也可用作焊接用的保护气体，其保护效果不如其他稀有气体（如氩），但价格相对便宜许多。
二氧化碳激光是一种重要的工业激光来源。
二氧化碳可用来酿酒，二氧化碳气体创造一个缺氧的环境，有助于防止细菌在葡萄生长。
二氧化碳可控制pH值，游泳池加入二氧化碳以控制pH值，加入二氧化碳从而保持pH值不上升。
二氧化碳可用于制碱工业和制糖工业。
二氧化碳可用于塑料行业的发泡剂。
干冰可以用于人造雨、舞台的烟雾效果、食品行业、美食的特殊效果等。
干冰可以用于清理核工业设备及印刷工业的版辊等。
干冰可以用于汽车、轮船、航空、太空与电子工业。液体二氧化碳通过减压变成气体很容积和织物分离，完全省去了用传统溶剂带来的复杂后处理过程。
CO₂超临界萃取技术。二氧化碳在温度高于临界温度（Tc）31℃、压力高于临界压力（Pc）3MPa的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有很强的溶解能力，用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，运用该技术可生产高附加值的产品，可提取过去用化学方法无法提取的物质，且廉价、无毒、安全、高效。它适用于化工、医药、食品等工业。
在焊接领域可以用作保护气，
在塑料行业有用作发泡剂的（很少见）也可以用于生产聚合物（研发阶段）
固体二氧化碳（干冰）可以用作制冷剂
干冰可以用于人工降雨
干净可以用于冷藏运输领域
二氧化碳可以用作温室二氧化碳气体肥料
干冰可以用于舞台的烟雾效果
干冰可以用来消防灭火
干冰可以用于食品行业
干冰可以用于医学领域，（做冷冻治疗用）
干冰可以用于清理核工业设备
干冰可以用于汽车，轮船，航天，电子工业
干冰可以用于清洗印刷工业的版辊等