二酸化炭素は非常に安定な化合物であるが、塩基性あるいは求核性を持つ物質と反応しやすく、グリニャール試薬やアルキルリチウムなどの試薬に対しては、高い反応性を示しカルボン酸を与える。

R-MgBr + CO₂ → R-CO₂H　（加水分解後）

また、金属マグネシウムは二酸化炭素中でも燃焼し、二酸化炭素は還元されて炭素の粉末になる。炭素、亜鉛および鉄でさえ、高温では反応し一酸化炭素を生成する。

CO₂ + 2 Mg → C + 2 MgO

高温では可逆的に分解して、一酸化炭素および酸素となる。

2 CO₂ <math> \rightleftarrows\ </math> 2 CO + O₂

水素とも高温で以下のような平衡を生ずるが、触媒の存在など条件次第では、メタンおよびメタノールを生成することもある。

CO₂ + H₂ <math> \rightleftarrows\ </math> CO + H₂O