Оксид углерода(IV), углекислый газ, был впервые описан известным ятрохимиком Яном Баптистом ван Гельмонтом (1579—1644), который наблюдал его образование при сжигании древесного угля, в результате спиртового брожения и при действии кислот на известняк СаСО₃ и поташ К₂СО₃. Он обнаружил присутствие этого газа в минеральной воде и в желудке человека. Английский химик Джозеф Блэк (1728—1799) назы­вал углекислый газ «фиксируемым воз­духом» на том основании, что он лег­ко поглощается щелочами.

Оксид углерода (IV) — это бесцвет­ный газ без запаха, малорастворимый в воде (171,3 мл в 100 мл воды при 0 °С, 87,8 мл при 20 °С). Растворимость его резко возрастает при повышении дав­ления, что используется в приготовле­нии газированных напитков. При тем­пературе -78,5 °С углекислый газ замерзает, образуя белые кристаллы «сухого льда». «Сухой лёд» служит для охлаждения продуктов, например мо­роженого. Если бросить кусочек «сухо­го льда» в воду, он начнёт с шипением «таять», возгоняясь, т. е. переходя в га­зообразное состояние, минуя жидкое. Жидкий СО₂ можно получить при комнатной температуре и высоком дав­лении.

При 20 °С жидкий углекислый газ представляет собой подвижную бесцветную жидкость с плотностью 0,77 г/см³, плохо растворимую в воде.

Раствор углекислого газа в воде проявляет свойства слабой и неустой­чивой в водных растворах угольной кислоты Н₂СО₃. Саму кислоту лишь недавно удалось выделить в индивиду­альном виде при низких температурах. Её соли — карбонаты, напротив, дос­таточно устойчивы. Например, карбо­нат натрия Na₂CO₃ плавится без раз­ложения при 858 °С.

Углекислый газ практически не проявляет окислительных свойств, не поддерживает горения и дыхания. Но бывают и исключения. Если внести в цилиндр с углекислым газом горящую магниевую ленту, магний какое-то вре­мя продолжает гореть и в атмосфере СО₂: 2Mg+СО₂=2MgO+С, но вско­ре реакция прекращается.

Углекислый газ проявляет свойства кислотного оксида. Он легко вступает в реакцию с щелочами, что наблюдал в своих опытах ещё Блэк. Так, при пропу­скании углекислого газа через раствор щёлочи вначале образуется средний карбонат (стиральная сода): 2NaOH+СО₂=Na₂CO₃+H₂O, который затем переходит в кислый (питьевую соду):

Na₂CO₃+СО₂+Н₂О=2NaHCO₃.

В атмосфере Земли содержится около 2,3•10¹² т углекислого газа, ещё больше (1,3•10¹⁴ т) растворено в воде. Это количество постоянно воз­растает за счёт промышленных вы­бросов и работы транспорта.

Значительные количества промыш­ленных выбросов углекислого газа (примерно 50%) поглощаются зелёны­ми растениями. Они преобразуют СО₂ в углеводы, выделяя свободный кис­лород (процесс фотосинтеза). Около 30% выбрасываемого в атмосферу уг­лекислого газа растворяется в Миро­вом океане.

Небольшое количество углекислого газа в воздухе благоприятно сказывает­ся на дыхании, так как его молекулы стимулируют дыхательный центр голов­ного мозга. Повышенное же содержа­ние СО₂ опасно для здоровья человека: в высоких концентрациях углекислый газ тормозит процессы дыхания и обме­на веществ. Углекислый газ в полтора раза тяжелее воздуха и, следовательно, накапливается в подвалах, на дне пе­щер. Известны случаи отравления этим веществом со смертельным исходом.

В промышленности углекислый газ получают при обжиге известняков и доломитов. Он находит применение в производстве соды, свинцовых белил, как инертная среда для проведения многих химических реакций. Значи­тельное количество СО₂ расходуется на производство карбамата аммония (соли неустойчивой карбаминовой кис­лоты NH₂COOH), из которого получа­ют мочевину (карбамид) — ценное азотное удобрение.