用作氧化剂、脱臭剂、杀生剂、保鲜剂、漂白剂等。
二氧化氯因为其具有杀菌能力强，对人体及动物没有危害以及对环境不造成二次污染等特点而备受人们的青睐。二氧化氯不仅是一种不产生致癌物的广谱环保型杀菌消毒剂，而且还在杀菌、食品保鲜、除臭等方面表现出显著的效果。
二氧化氯还可以用于漂白，如纺织与造纸元采用氯气漂白的都可以用二氧化氯替代。
二氧化氯的主要用途在自来水的消毒，和面粉与木质纸浆的漂白。
它能很有效地对抗病毒、细菌和包括梨形鞭毛虫（Giardia lamblia）与隐孢子虫（Cryptosporidium）等原生生物所引起的囊肿与卵囊。
从1956年比利时的布鲁塞尔把自来水消毒剂由氯气改成二氧化氯后，二氧化氯开始被广泛地使用。
在袭击纽奥良的飓风卡特里娜过后，二氧化氯就被用来清除被洪水淹没后房屋上的危险霉菌。而中国政府也于2006年3月6日预告二氧化氯为自来水消毒剂。
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