二氧化氯能在pH值很宽的范围内杀灭大肠杆菌，其杀灭效果与温度有关，是温度(1/T)的函数，这一优点弥补了因温度升高而使二氧化氯在水中溶解度降低的缺点。二氧化氯在水中的扩散速度较氯快，所以在低浓度时较氯更为有效。

二氧化氯用于水消毒，在其浓度为0.5~1mg/L时，1分钟内能将水中99%的细菌杀灭，灭菌效果为氯气的10倍，次氯酸钠的2倍，抑制病毒的能力也比氯高3倍，比臭氧高1.9倍。二氧化氯还有杀菌快速，pH范围广(6-10)，不受水硬度和盐份多少的影响，能维持长时间的杀菌作用，能高效率地消灭原生动物、孢子、霉菌、水藻和生物膜，不生成氯代酚和三卤甲烷，能将许多有机化合物氧化，从而降低水的毒性和诱变性质等多种特点。二氧化氯与氯气相比具有以下优点：不仅能杀死一般微生物，而且具有杀真菌孢子，杀病毒等作用。二氧化氯不与氨、酚和不饱和化合物发生作用，特别适用于化肥厂循环水的消毒。二氧化氯可以完全代替氯气和非氧化性杀生剂。一般消毒手段杀灭的只是细菌成体,对芽孢是无效的。芽孢是细菌在不适合其生长的环境下形成的休眠体,在适宜的条件下可以重新发育成为菌体。因此以往讲到的消毒不是一个100%杀菌的手段,很多病菌消毒是一种阶段性的控制。这句话对绝大多数消毒药有效,因为二氧化氯可以将菌体连同其芽孢一同灭,这一点是非常可喜的。

二氧化氯是一种高效安全的氧化型消毒剂，其氧化能力强，不会产生有毒有害副产物，对水产动物的多种病原菌、病毒均具有强烈的杀灭作用，在pH值为6～9 范围内，随着pH 值升高，杀菌效果也增强。使用浓度为0.1～0.3克/立方米，水产中较常用。