氧化氯對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力，從而有效地破壞細菌內含巰基的酶，二氧化氯可快速控制微生物蛋白質的生成，故二氧化氯對細菌、病毒等有很強的滅活能力。

不會生成次生有害物質，尤其對有機污染嚴重的水體消毒時，殺菌消毒更為突出，其氧化降解產物無毒害作用。

較自由氯殺菌能力強，一般為氯化消毒效果的2.5倍。因而在同等條件下的投量也較氯化法用量少。

二氧化氯消毒劑具有強氧化作用，可用于去臭、色、氧化鐵、氧化錳等物質，且效果穩定。

二氧化氯在水中處于完全溶解狀態，不與水發生化學反應，故它的消毒作用受水的pH值影響極小。

二氧化氯不與氨反應，故氨氮含量高的水采用二氧化氯消毒，仍可保持其全部殺菌能力，此外水中含酚時，采用二氧化氯消毒不會產生酚臭。