二氧化氯消毒剂分子由1个氯原子及2个氧原子组成，氯原子以两个配位键与二个氧原子结合，其较外电子层上还存在着一个不成对的自由电子，为活泼性自由基，有着较强的氧化功能，可以使得微生物蛋白质里面的氨基酸进行氧化分解，现今尚未发现微生物能制约它的氧化作用而不被杀灭的。

　　二氧化氯由于其与氯气整体不同的反应机理，因此是代替氯气的较佳消菌消毒剂。长时期来，氯气以其低成本与消菌有用性，而在游泳池水、饮用水、工业循环水等水源消菌上获得广泛应用。

　　但近年来的分析研究结果表明∶用氯气处理水时会产生对人们身体有害的散逸性物质--三氯甲烧。而二氧化氯对于高等动物的细胞结构整体没有影响，其水溶液也不会生成三氯甲烷，其反应后残留生成物是为水、微量有机糖等无害物质。

　　二氧化氯消毒剂的消菌消毒作用机理是氧化作用，因此它不同于甲醛、酚类化合物使得蛋白质转性而使得微生物没了活性，也不会与氯气相同使得微生物氯化失去了活性。跟微生物在接触时，释放初生氧与次氯酸分子，对微生物细胞壁具有良好的吸附和渗透性，能良好的氧化细胞内巯基酶，快速控制微生物蛋白质的合成，破坏微生物的酶系统，使蛋白质中氨基酸氧化分解，达到制约生长和杀灭的作用。

　　因此，除对细菌外，二氧化氯在广泛的pH值范圈内，对病毒、芽孢、真菌、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌等有较强的杀灭功能，杀灭成果远高于氯气，而且持续时间长，温度越高，它的效率越快。

　　二氧化氯消毒剂对有机铁、锰、硫的氧化作用可用来脱色脱臭，改善原水预处理时的凝集性，其残留生成物不和NH*、氨基化合物反应，也不会生成氯酚。