二氧化硫，是一个弯曲的分子，其对称点群为C2v。硫原子的氧化态为+4，形式电荷为0，被5个电子对包围着，因此可以描述为超价分子。从分子轨道理论的观点来看，可以认为这些价电子大部分都参与形成S-O键。
SO2中的S-O键长（143.1 pm）要比一氧化硫中的S-O键长（148.1 pm）短，而O3中的O-O键长（127.8 pm）则比氧气O2中的O-O键长（120.7 pm）长。SO2的平均键能（548 kJ mol?1）要大于SO的平均键能（524 kJ mol?1），而O3的平均键能（297 kJ mol?1）则小于O2的平均键能（490 kJ mol?1）。这些证据使化学家得出结论：二氧化硫中的S-O键的键级至少为2，与臭氧中的O-O键不同，臭氧中的O-O键的键级为1.5。
分子结构与极性：V形分子，极性分子。
二氧化硫是无色有刺激性气味的气体。溶于丙酮、乙醇、甲酸等多种有机溶剂，溶于水(0℃时溶解度22.8g/l00ml，90℃时溶解度0.58g/100ml)。水溶液呈酸性。在硫酸溶液中的溶解度以硫酸浓度为85%时为最小。液态时为良好的溶剂。2000℃以上发生热分解，也可通过电场放电、紫外线或X射线辐射等分解。
SO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。可以与水作用得到二氧化硫水溶液，即“亚硫酸”（中强酸），但真正的亚硫酸分子从未在溶液中观测到。
S02+H2OH2SO3
与碱反应形成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐。以与氢氧化钠的反应为例，产物是 Na2SO3 还是 NaHSO3，取决于二者的用量关系。
SO2+2NaOH——>Na2SO3+H2O或
SO2+NaOH——>Na2SO3
与碱性氧化物反应生成盐。
SO2中的硫元素的化合价为+4价，为中间价态，既可升高，也可下降。所以SO2既有氧化性，又有还原性，但以还原性为主。
SO2的还原性较强，可被多种氧化剂（如 O2、Cl2、Br2、HNO3、KMnO4等）氧化。
SO2+CL2——>SO2CL2
2SO2+O22SO3（该反应为可逆反应，条件为加热和催化剂：V2O5 / Pt / Cr2O3）
SO2也有一定的氧化性，如：
SO2+2H2S——>3S+2H2O
工业上可以用此反应制造高纯度硫磺。
制取二氧化硫的方法有：焚烧硫磺；焙烧硫铁矿或有色金属硫化矿；焚烧含硫化氢的气体；煅烧石膏或磷石膏；加热分解废硫酸或硫酸亚铁；以及从燃烧含硫燃料的烟道气中回收（见硫酸原料气）。
生产液体二氧化硫时通常先制得纯二氧化硫气体，然后经压缩或冷冻将其液化。重要的工业生产方法有：
①哈涅希-希洛特法。此法始创于1884年,以水作吸收剂，吸收二氧化硫后的溶液以蒸汽解吸，解吸气经冷凝、干燥后液化。现在发展了加压水吸收法。
②氨-硫酸法。此法常用于一次转化的接触法硫酸厂中尾气二氧化硫的回收 。以氨水为原始吸收剂,用硫酸分解吸收液,制得纯二氧化硫气体。
③溶液吸收法。以无机或有机溶液吸收低浓度二氧化硫气体，然后将吸收液加热再生，制得纯二氧化硫。主要的吸收剂有碳酸钠、柠檬酸钠、碱式硫酸铝、有机胺类等的溶液。
④直接冷凝法。以冷冻法从含二氧化硫的气体中将其部分冷凝分离，直接制得液体二氧化硫，未冷凝的二氧化硫返回硫酸生产系统。
⑤三氧化硫-硫磺法。使液体硫磺与三氧化硫在反应器中进行反应，制得纯二氧化硫气体。
实验室通常用亚硫酸钠与浓硫酸反应制取二氧化硫
Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2(g)+H2O
或用铜与浓硫酸加热反应
Cu+2H2SO4=△=CuSO4+SO2(g)+2H2O
尾气处理：通入氢氧化钠溶液
2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O
二氧化硫可以在硫磺燃烧的条件下生成
S(s)+O2(g) → SO2(g)
硫化氢可以燃烧生成二氧化硫
2H2S(g) +3O2(g) → 2H2O(g) +2SO2(g)
加热硫铁矿，闪锌矿，硫化汞，可以生成二氧化硫
4FeS2(s) +11O2(g) → 2Fe2O3(s) +8SO2(g)
2ZnS(s) +3O2(g) → 2ZnO(s) +2SO2(g)
HgS(s) +O2(g) → Hg(g) +SO2(g)
二氧化硫除了主要用于生产硫酸外，其他重要用途有：在造纸工业中生产亚硫酸盐纸浆；制造各种亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、硫代硫酸盐；生产锦纶（尼龙6）单体、合成洗涤剂、橡胶促进剂等有机化合物；也用于医药工业。二氧化硫还可作为织物和皮革的漂白剂；农业上用作熏蒸消毒剂；食品工业中用作防腐和消毒剂。液态二氧化硫是一些有机物的良好溶剂，用于矿物油类的精制。
二氧化硫对食品有漂白和防腐作用，使用二氧化硫能够达到使产品外观光亮、洁白的效果，是食品加工中常用的漂白剂和防腐剂，但必须严格按照国家有关范围和标准使用，否则，会影响人体健康。
由于二氧化硫的抗菌性质，它有时用作干杏和其它干果的防腐剂，用来保持水果的外表，并防止腐烂。二氧化硫的存在，可以使水果有一种特殊的化学味道。
二氧化硫是酿酒时非常有用的化合物，它的E编码为E220。它甚至在所谓的“无硫的”酒中也存在，浓度可达每升10毫克。它作为抗生素和抗氧化剂，防止酒遭到细菌的损坏和氧化。它也帮助把挥发性酸度保持在想要的程度。酒的标签上之所以有“含有亚硫酸盐”等字句，就是因为二氧化硫。根据美国和欧盟的法律，如果酒的SO2浓度低于10ppm，则不需要标示“含有亚硫酸盐”。酒中允许的SO2浓度的上限在美国为350ppm，而在欧盟，红酒为160ppm，白酒为210ppm。如果SO2的浓度很低，那么便很难探测到，但当浓度大于50ppm时，用鼻子就能闻出SO2的气味，用舌头也能品尝出来。
SO2还是酿酒厂卫生的很重要的要素。酿酒厂和设备必须保持十分清洁，且因为漂白剂不能用于酿酒厂中，SO2、水和柠檬酸的混合物通常用来清洁水管、水槽和其它设备，以保持清洁和没有细菌 。
二氧化硫还是一个很好的还原剂。在水的存在下，二氧化硫可以使物质褪色。特别地，它是纸张和衣物的有用的漂白剂。这个漂白作用通常不能持续很久。空气中的氧气把被还原的染料重新氧化，使颜色恢复。
可以下列化学方程式表示： H2SO3 + 染料 → H2SO4 + (染料 - O )
因为空气提供氧气给予染料，染料被马上氧化，显示原来的颜色，这就是漂白作用通常不能持续很久的原因。可以下列化学方程式表示： 2 (染料 - O ) + O2 → 2染料
中学实验室中用碱性品红溶液检测二氧化硫的存在。二氧化硫可以使品红试液褪色，从而说明二氧化硫使有机物漂白的性质；而褪色后的溶液经过加热，又恢复为红色，从而说明了二氧化硫漂白的原理是与有机物生成了“加合物”，而此类加合物不稳定，加热时便分解，又放出二氧化硫。一个相关的化学鉴定方法称为Schiff法，是用亚硫酸氢钠与品红或副品红发生加成，再用二氧化硫脱色。如果得到的溶液（Schiff试剂）与待检试液作用生成粉红色或紫色，则可以证明待检试液中醛类的存在 。
二氧化硫还用来制备硫酸，首先转化成三氧化硫，然后再转化成发烟硫酸，最后转化成硫酸。这个过程中的二氧化硫是含硫矿物与氧气反应产生的。把二氧化硫转化成硫酸的过程，称为接触法。
由于二氧化硫容易液化，且汽化热很大，因此适合作为制冷剂。在氟利昂的发展之前，二氧化硫就曾经用作家用冰箱的制冷剂。
液态二氧化硫是万用的惰性溶剂，广泛用于溶解强氧化性盐。它会发生自偶电离生成SO2+ 和SO32- 。
2SO2——>SO2+ +SO32-
它有时也用作有机合成中磺酰基的来源，把芳基重氮盐用二氧化硫处理，便可获得对应的芳基磺酰氯。
在城市的污水处理中，二氧化硫用来处理排放前的氯化污水。二氧化硫与氯气反应，氯气被还原，生成Cl- 。
危险性类别：三星级
健康危害： 易被湿润的粘膜表面吸收生成亚硫酸、硫酸。对眼及呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。急性中毒：轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；严重中毒可在数小时内发生肺水肿；极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤或眼接触发生炎症或灼伤。慢性影响：长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。少数工人有牙齿酸蚀症 。
环境危害： 对大气可造成严重污染 。
燃爆危险： 本品不燃，有毒，具强刺激性。
皮肤接触： 立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗。就医。
眼睛接触： 提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。
吸入： 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
危险特性： 不燃。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
有害燃烧产物： 氧化硫。
灭火方法： 本品不燃。消防人员必须佩戴过滤式防毒面具(全面罩)或隔离式呼吸器、穿全身防火防毒服，在上风向灭火。切断气源。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。
灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳。
应急处理： 迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并立即进行隔离，小泄漏时隔离150m，大泄漏时隔离450m，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防毒服。从上风处进入现场。尽可能切断泄漏源。用工业覆盖层或吸附/ 吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方，防止气体进入。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能，用一捉捕器使气体通过次氯酸钠溶液。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
操作注意事项： 严加密闭，提供充分的局部排风和全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（全面罩），穿聚乙烯防毒服，戴橡胶手套。远离易燃、可燃物。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、还原剂接触。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备泄漏应急处理设备。
储存注意事项： 储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与易（可）燃物、氧化剂、还原剂、食用化学品分开存放，切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。
2012年5月21日，香港特区政府食物安全中心公布肉类添加二氧化硫调查的第一期检测结果。调查显示，172个鲜肉样本中，共有13个样本检出含有不可在新鲜、冰鲜及冷藏肉类中使用的防腐剂二氧化硫。个别贩商为使肉类的色泽更鲜明，在肉类中添加二氧化硫。
2012年6月，湖南省工商局召开新闻发布会，公布了二季度流通环节食品抽检情况。其中花椒、辣椒制品和火锅底料的抽检结果合格率不到7成，问题主要是违法添加罗丹明B和二氧化硫残留量超标。罗丹明B是一种致癌性的人工合成染料，二氧化硫则用于漂白和防腐。
2012年6月20日，北京市食品办公布了不合格下架食品名单，美廉美超市销售的一款黄花菜被检出二氧化硫超标。此次共检出9个不合格样本，其中8个为二氧化硫超标，其残留量是标准值的两倍多。北京景海德实便利店销售的标称北京锦绣大地物流港管理有限责任公司调料C区207-208号生产的散装枸杞，二氧化硫实测值为标准值的46倍。如食品中的二氧化硫严重超标，人食用后会出现恶心、呕吐等现象，还会影响钙吸收。
2012年9月，北京市工商局进行食品抽检，“亿家品”泡山椒笋尖二氧化硫超标4倍。
