現(xiàn)代科學(xué)家一般認(rèn)為CO2分子的中心原子碳原子采取sp雜化，2條sp雜化軌道分別與2個(gè)氧原子的2p軌道（含有一個(gè)電子）重疊形成2條σ鍵，碳原子上互相垂直的p軌道再分別與2個(gè)氧原子中平行的p軌道形成2條大π鍵。17世紀(jì)初，比利時(shí)醫(yī)生海爾蒙特即揚(yáng)·巴普蒂斯塔·范·海爾蒙特，發(fā)現(xiàn)木炭燃燒之后除了產(chǎn)生灰燼外還產(chǎn)生一些看不見(jiàn)、摸不著的物質(zhì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種被他稱(chēng)為“森林之精”的二氧化碳是一種不助燃的氣體，確認(rèn)了二氧化碳是一種氣體；還發(fā)現(xiàn)燭火在該氣體中會(huì)自然熄滅，這是二氧化碳惰性性質(zhì)的次發(fā)現(xiàn)。由于二氧化碳密度比空氣大，能溶于水且能與水反應(yīng)，所以采用向上排空氣法。將生成的氣體通入澄清的石灰水，石灰水變渾濁，證明該氣體為二氧化碳。

不久后，德國(guó)化學(xué)家霍夫曼即弗里德里希·霍夫曼，對(duì)被他稱(chēng)為“礦精”的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行研究，推斷出二氧化碳水溶液具有弱酸性。這個(gè)過(guò)程的簡(jiǎn)單機(jī)理為：在初始階段，二氧化碳被吸附在陰極催化劑表面，形成中間產(chǎn)物；然后電子在兩個(gè)電極間電勢(shì)差的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移數(shù)可能是2、4、6、8、12，還原產(chǎn)物隨電子轉(zhuǎn)移數(shù)的不同而可能是、甲酸根、甲酸、、和乙烯等。由于是在水溶液中，也會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)，從而產(chǎn)生氫氣。天然的溫室效應(yīng)：大氣中的二氧化碳等溫室氣體在強(qiáng)烈吸收地面長(zhǎng)波輻射后能向地面輻射出波長(zhǎng)更長(zhǎng)的長(zhǎng)波輻射，對(duì)地面起到了保溫作用。

3世紀(jì)時(shí)，中國(guó)西晉時(shí)期的張華（232年－300年）在所著的《博物志》一載了一種在燒白石（CaCO3）作白灰（CaO）過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，這種氣體便是如今工業(yè)上用作生產(chǎn)二氧化碳的石灰窯氣。CO2分子形狀是直線(xiàn)形的，其結(jié)構(gòu)曾被認(rèn)為是：O=C=O。但CO2分子中碳氧鍵鍵長(zhǎng)為116pm，介于碳氧雙鍵（鍵長(zhǎng)為124pm）和碳氧三鍵（鍵長(zhǎng)為113pm）之間，故CO2中的碳氧鍵具有一定程度的三鍵特征。二氧化碳的電化學(xué)還原是一個(gè)利用電能將二氧化碳在電解池陰極還原而將氫氧根離子在電解池陽(yáng)極氧化為氧氣的過(guò)程。