二氧化氯對細胞壁有較強的吸附和穿透能力，能穿過細胞壁與構成微生物蛋白質的要素即半胱氨酸的sH基反應，使以sH基為活性點的酶鈍化，并用其氧化能力破壞微生物的細胞膜、殺死微生物，而且還能分解菌體殘骸、殺死芽孢的孢子。另一種人為二氧化氯能夠殺死細菌，是由于大量的二氧化氯聚集在細菌周圍，從而起著封閉作用，使細胞失去利用蛋白質的能力，破壞蛋白質合成新細胞的過程，阻礙了細胞再生，使之達到最終破壞細胞的效果。二氧化氯除對一般的細菌有殺滅作用外，對孢子、病毒、藻類、鐵細菌、硫酸鹽還原菌、真菌等均有殺滅作用，同時，二氧化氯不會與腐殖酸或富里酸反應生成癌、致突變、致畸物質等。二氧化氯的殺生特點具體如下 ：(1)二氧化氯與氯氣比較殺菌效果好，用量少，作用快。(2)二氧化氯在很大pH范圍內(4-9)有很強的殺菌能力。(3)二氧化氯殺菌效果持續時間長。(4)二氧化氯不與氨及氨基化合物反應，其殺菌效果不受氨的影響。(5)二氧化氯與酚類反應不產生氯苯酚，與有機物、無機物的反應具有很強的選擇性，這使二氧化氯與腐殖質及有機物反應幾乎不產生發散性有機鹵化物，不產生有致癌作用的三鹵甲烷(THMs)。(6)二氧化氯不僅能殺死微生物，而且能分解殘留的細胞結構，具有殺孢子和殺病毒的作用，從而可以有效地控制細菌和藻類及粘泥。(7)溫度升高，二氧化氯的殺菌能力增強。這一優點，彌補了因溫度升高使二氧化氯在水中溶解度下降的缺點。

    綜上所述，二氧化氯的綜合效果比氯氣好得多，綜合效益大大優于氯是沒有異議的。二氧化氯作為殺菌劑具有上述特點主要是由它的本性決定的 。例如，二氧化氯在水中不象氯氣能進行快速水解反應，C102以AB2共板結構存在，雖然它的電子結構呈不飽和狀態，但在水中卻不以二聚多聚狀態存在，有利于它在水中迅速擴散，C102易溶于水，它在水中的溶解度約是Cl2的5倍，其氧化性約是Cl2的2．6倍等等。