二氧化氯的作用主要表現在以下幾個方面：

一、二氧化氯的滅藻作用

二氧化氯對藻類的控制主要是因為它對苯環有一定的親和性，能使苯環發生變化而無臭味。葉綠素中的吡咯與苯環非常類似，二氧化氯也同樣能作用于吡咯環。這樣，二氧化氯氧化葉綠素，植物新陳代謝終止，使得蛋白質中的合成中斷。這個反應結果 對植物的損害在于原生質脫水而帶來高滲的收縮（質壁分離），這是個不可逆的過程，導致藻類死亡。

二、二氧化氯殺滅病毒和病菌的作用

二氧化氯是一種廣譜型的消毒劑，二氧化氯能在pH值很寬的范圍內能殺滅大腸桿菌、細菌芽孢、配水網中的異養菌、硫酸鹽還原菌及真菌等，其殺滅效果與溫度T有關，是溫度（1/T）的函數，這一優點彌補了因溫度升高而使二氧化氯在水中溶解度降低的缺點。二氧化氯對孢子的殺滅作用比氯強，對水中的野生菌種、放線菌、孢子體等均有較好的殺滅作用。

三、二氧化氯的除臭作用

ClO2可以與硫化物發生氧化反應，而臭味往往是硫化物（如硫化銨、硫化氫、二甲基硫化物等）所致。ClO2氣體與有臭味的含硫污染物接觸之后，迅速發生氧化反應，轉變為其它物質，從而除去臭氣。因此，將ClO2制成穩定性溶液可用于冰箱、室內空氣的除臭、滅菌等，口腔醫療上也用其消除口臭和煙臭。

四、二氧化氯的保鮮作用

據有關報道，經40～60mg/L濃度的二氧化氯水溶液浸漬五分鐘處理的禽肉類能有效地控制家禽軀體微生物污染，在5℃以下，可有效地延長儲藏期。海洋捕撈業運用二氧化氯水溶液處理捕獲的對蝦，先使用40mg/L二氧化氯水溶液浸泡10-20分鐘，再用20mg/L二氧化氯的冰塊保鮮，對蝦不會變黑。二氧化氯消毒殺菌的同時，不會使生物蛋白質變性而喪失已有的營養成分和價值，對水生物細胞無影響。

五、二氧化氯的氧化作用

1、二氧化氯對的氧化 二氧化氯對的氧化去除效果隨著二氧化氯投加量的增加而提高(它對的去除率明顯優于)。當源水中濃度為2.Omg／L，加5mg／L二氧化氯時，的去除率一般大于85％。傳統的氯消毒隨著投加量的增加，氯代酚的量隨之增加，而投加二氧化氯時，則基本上不形成氯代酚。

2、二氧化氯對有機物的氧化 二氧化氯對有機物的氧化降解，與氯所不同的特點是，它不會生成有機氯代物。二氧化氯可以控制三鹵甲烷(THM)的形成，減少總有機鹵的生成。三鹵甲烷的前驅物質通常有以下3類：一類是天然大分子有機物，如腐殖酸、灰黃霉酸等；另一類是小分子有機物，如酸類化合物、苯胺、苯醌、氨基酸等多種有機物；第三類是藻類及代謝產物。

六、二氧化氯的漂白、脫色作用

二氧化氯作為一種具有強氧化性和氧化過程中很少有有機鹵代物產生的氧化劑，在造紙、紙漿工業的漂白等行業已經廣泛使用。使用ClO2作為漂白劑，與其他漂白粉和氯氣相比，ClO2可以提高白度，防止纖維強度降低，簡化生產工藝，避免產生游離氯而生成大量致癌物的危害。ClO2在漂白過程中還能殺滅微生物，有效地驅散紙漿中的黏液和無機沉積物，從而消除紙漿中固體塊狀的形成，提高紙張的質量。

利用二氧化氯的氧化作用，在適當條件下，ClO2有很好的脫色作用。例如ClO2江蘇天倫染織實業公司及靖江市第三紡織廠，運用混凝/ClO2 組合法處理印染廢水，處理后的水質pH分別從11-14降到7，12降到7；色度分別從1000降到50，600降到5，去除率達到95％和99.2％。其他指標如COD、BOD5、SS、S2-均降低且達到國家行業排放標準。