二氧化氯對細胞壁有較好的吸附和透過性能，ClO2與微生物接觸釋放出新生態(tài)的氧及次氯酸分子而產(chǎn)生強大的殺菌消毒作用，這種強氧化作用主要表現(xiàn)對負電子或供電子的原子或基團進行攻擊，強行掠奪電子使微生物中的氨基酸氧化分解，抑制其生長并將其殺滅，從而達到消毒滅菌的目的。
在殺菌過程中蛋白質(zhì)變性，對高等動物細胞基本上無影響，無氯的刺激性氣味。一般情況下，二氧化氯不和烷類生成氯化烷，與絕大多數(shù)脂肪族和芳香族的烴反應，不產(chǎn)生致癌的有機物三氯甲烷，其殘留物為水、微量氯化鈉和二氧化碳等無毒物質(zhì)。