二氧化氯消毒(Chlorine dioxide disinfection)，二氧化氯化学性质活泼，易溶于水，在20℃下溶解度为107.98g/L，是氯气的溶解度的5倍，氧化能力为氯气的2倍。二氧化氯消毒的作用机制在于：第一，其对细胞壁有较好的吸附性和渗透性，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，从而阻止细菌的合成代谢，并使细菌死亡。第二，二氧化氯可与半胱氨酸、色氨酸和游离脂肪酸反应，快速控制蛋白质的合成，使膜的渗透性增高。第三，二氧化氯能改变病毒衣壳，导致病毒死亡。

二氧化氯消毒有其独特的优点，包括：可减少水中三卤甲烷等氯化副产物的形成；当水中含有氨时不与氨反应，其氧化和消毒作用不受影响；能杀灭水中的病原微生物；消毒作用不受水质酸碱度的影响；消毒后水中余氯稳定持久，防止再污染的能力强；可除去水中的色和味，不与苯酚形成氯苯酚臭；对铁、锰的出去效果比氯强；其水溶液可以安全生产和使用。其缺点在于：二氧化氯具有爆炸性，必须在现场制备，立即使用；制备含氯低的二氧化氯较复杂，其成本较其他消毒方法高；制备二氧化氯的原料为氯酸钠和盐酸，为氧化性或腐蚀性物质，同样存在储运的安全性问题；二氧化氯的歧化产物对动物可引起溶血性贫血和变性血红蛋白症等中毒反应。

二氧化氯是美国20世纪80年代开发的强力杀菌消毒剂，经美国食品药物管理局(FDA)和美国环境保护署(EPA)的长期科学试验被确认为是医疗卫生、食品加工、食品保鲜、环境、饮水和工业循环水等方面杀菌消毒、除臭的理想消毒剂，也是被世界卫生组织(WHO)所确认的一种安全、高效、广谱的强力杀菌剂。我国已批准二氧化氯作为消毒剂，应用于食品饮料加工设备、管道、食品饮料加工用水、餐具、饮用水处理等方面消毒。而在生产生活中，二氧化氯对水和空气的消毒尤为受到关注。

二氧化氯作为第四代杀菌消毒剂，较前三代消毒剂相比有杀灭微生物广谱、高效，同时安全性高的特点，被广泛应用于消毒领域。目前，世界各地，以二氧化氯处理饮用水的水厂日益增多。但必须注意到它也有不足之处，对二氧化氯副产物毒性问题，国内外存有争议，尚待进一步研究证实。