Dióxido de carbono (fórmula química CO₂) é um composto químico formado por moléculas, cada uma com um átomo de carbono ligado covalentemente a dois átomos de oxigênio. Encontra-se no estado gasoso à temperatura ambiente. No ar, o dióxido de carbono é transparente à luz visível, mas absorve a radiação infravermelha, agindo como um gás de efeito estufa. É um gás traço na atmosfera da Terra em 421 partes por milhão (ppm), ou cerca de 0,04% em volume (em maio de 2022), tendo subido dos níveis pré-industriais de 280 ppm. A queima de combustíveis fósseis é a principal causa dessas concentrações aumentadas de CO₂ e também a principal causa da mudança climática. O dióxido de carbono é solúvel em água e é encontrado em águas subterrâneas, lagos, calotas polares e água do mar. Quando o dióxido de carbono se dissolve na água, forma carbonato e principalmente bicarbonato (HCO−
3), que causa a acidificação oceânica à medida que os níveis de CO₂ atmosférico aumentam.

Como fonte de carbono disponível no ciclo do carbono, o CO₂ atmosférico é a principal fonte de carbono para a vida terrestre. Sua concentração na atmosfera pré-industrial da Terra desde o final do Pré-Cambriano foi regulada por organismos e fenômenos geológicos. Plantas, algas e cianobactérias usam energia da luz solar para sintetizar carboidratos a partir de dióxido de carbono e água em um processo chamado fotossíntese, que produz oxigênio como produto residual. Por sua vez, o oxigênio é consumido e o CO₂ é liberado como resíduo por todos os organismos aeróbicos quando eles metabolizam compostos orgânicos para produzir energia pela respiração. O CO₂ é liberado de materiais orgânicos quando eles se decompõem ou entram em combustão, como em incêndios florestais. Uma vez que as plantas requerem CO₂ para a fotossíntese, e os humanos e os animais dependem das plantas para se alimentar, o CO₂ é necessário para a sobrevivência da vida na Terra.

O dióxido de carbono é 53% mais denso que o ar seco, mas tem vida longa e se mistura completamente na atmosfera. Cerca de metade das emissões de CO₂ em excesso para a atmosfera são absorvidas pelos sequestros de carbono terrestres e oceânicos. Esses sequestros podem ficar saturados e são voláteis, pois a decomposição e os incêndios florestais resultam na liberação de CO₂ de volta à atmosfera. O CO₂ é eventualmente sequestrado (armazenado por longo prazo) em rochas e depósitos orgânicos como carvão, petróleo e gás natural. O CO₂ sequestrado é liberado na atmosfera através da queima de combustíveis fósseis ou naturalmente por vulcões, fontes termais, gêiseres e quando rochas carbonáticas se dissolvem na água ou reagem com ácidos.

O CO₂ é um material industrial versátil, utilizado, por exemplo, como gás inerte em soldagem e extintores de incêndio, como gás pressurizador em pistolas de ar e recuperação de óleo e como solvente fluido supercrítico na descafeinação de café e secagem supercrítica. É um subproduto da fermentação de açúcares na produção de pão, cerveja e vinho, e é adicionado a bebidas carbonatadas como água com gás e cerveja para efervescência. Tem um odor forte e ácido e gera um gosto de água com gás na boca, mas em concentrações normalmente encontradas é inodoro.