氧化氯对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力，从而有效地破坏细菌内含巯基的酶，二氧化氯可快速控制微生物蛋白质的生成，故二氧化氯对细菌、病毒等有很强的灭活能力。
不会生成次生有害物质，尤其对有机污染严重的水体消毒时，杀菌消毒更为突出，其氧化降解产物无毒害作用。
较自由氯杀菌能力强，一般为氯化消毒效果的2.5倍。因而在同等条件下的投量也较氯化法用量少。
二氧化氯消毒剂具有强氧化作用，可用于去臭、色、氧化铁、氧化锰等物质，且效果稳定。
二氧化氯在水中处于完全溶解状态，不与水发生化学反应，故它的消毒作用受水的pH值影响极小。
二氧化氯不与氨反应，故氨氮含量高的水采用二氧化氯消毒，仍可保持其全部杀菌能力，此外水中含酚时，采用二氧化氯消毒不会产生酚臭。
