二氧化硫的杂化类型为sp²杂化（孤对电子数为1对），空间构型为V型。pH：2/3的二氧化硫溶于水生成亚硫酸（H2SO3），溶液的pH值变成2或3。25℃时二氧化硫在空气中的扩散系数：1.15*e-5（m²/s）。

在常温下，潮湿的二氧化硫与硫化氢反应析出硫。在高温及催化剂存在的条件下，可被氢还原成为硫化氢，被一氧化碳还原成硫。

强氧化剂可将二氧化硫氧化成三氧化硫，仅在催化剂存在时，氧气才能使二氧化硫氧化为三氧化硫。具有自燃性，无助燃性。

液态二氧化硫能溶解如胺、醚、醇、苯酚、有机酸、芳香烃等有机化合物，多数饱和烃不能溶解。有一定的水溶性，与水及水蒸气作用生成有毒及腐蚀性蒸气。