二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，能穿过细胞壁与构成微生物蛋白质的要素即半胱氨酸的sH基反应，使以sH基为活性点的酶钝化，并用其氧化能力破坏微生物的细胞膜、杀死微生物，而且还能分解菌体残骸、杀死芽孢的孢子。另一种人为二氧化氯能够杀死细菌，是由于大量的二氧化氯聚集在细菌周围，从而起着封闭作用，使细胞失去利用蛋白质的能力，破坏蛋白质合成新细胞的过程，阻碍了细胞再生，使之达到最终破坏细胞的效果。二氧化氯除对一般的细菌有杀灭作用外，对孢子、病毒、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌、真菌等均有杀灭作用，同时，二氧化氯不会与腐殖酸或富里酸反应生成癌、致突变、致畸物质等。二氧化氯的杀生特点具体如下 ：(1)二氧化氯与氯气比较杀菌效果好，用量少，作用快。(2)二氧化氯在很大pH范围内(4-9)有很强的杀菌能力。(3)二氧化氯杀菌效果持续时间长。(4)二氧化氯不与氨及氨基化合物反应，其杀菌效果不受氨的影响。(5)二氧化氯与酚类反应不产生氯苯酚，与有机物、无机物的反应具有很强的选择性，这使二氧化氯与腐殖质及有机物反应几乎不产生发散性有机卤化物，不产生有致癌作用的三卤甲烷(THMs)。(6)二氧化氯不仅能杀死微生物，而且能分解残留的细胞结构，具有杀孢子和杀病毒的作用，从而可以有效地控制细菌和藻类及粘泥。(7)温度升高，二氧化氯的杀菌能力增强。这一优点，弥补了因温度升高使二氧化氯在水中溶解度下降的缺点。
综上所述，二氧化氯的综合效果比氯气好得多，综合效益大大优于氯是没有异议的。二氧化氯作为杀菌剂具有上述特点主要是由它的本性决定的 。例如，二氧化氯在水中不象氯气能进行快速水解反应，C102以AB2共板结构存在，虽然它的电子结构呈不饱和状态，但在水中却不以二聚多聚状态存在，有利于它在水中迅速扩散，C102易溶于水，它在水中的溶解度约是Cl2的5倍，其氧化性约是Cl2的2．6倍等等。