Pri tlaku 5,07 MPa (50 atmosfér) môže byť plynný oxid uhličitý stlačený do bezfarebnej kvapaliny. Kvapalný oxid uhličitý má hustotu 1,101 g/cm³ pri -37 stupňoch; jeho bod varu je -88,5 ± 9,0 stupňa (pri 760 mmHg) a jeho bod topenia je -78,5 stupňa.
Keď sa oxid uhličitý rozpustí vo vode, hladina pH vody sa zníži, čo predstavuje nebezpečenstvo pre vodné organizmy.
Kvapalný oxid uhličitý absorbuje pri odparovaní značné množstvo tepla; pri ochladení na -21,1 stupňa pod tlakom 0,415 MPa kvapalný oxid uhličitý stuhne za vzniku pevného oxidu uhličitého, bežne známeho ako suchý ľad. Za normálnych podmienok je oxid uhličitý chemicky stabilný; pri vysokých teplotách sa však rozkladá na oxid uhoľnatý a kyslík. Ak je prítomný spolu so stopovými množstvami vody, jeho vodný roztok vykazuje kyslé vlastnosti.
