A klór-dioxid ideális víz fertőtlenítésére ivóvíz fogyasztásra; élelmiszer- és italalkalmazások, amelyek mosóvizet foglalnak magukban, valamint összetevőként és ipari vízköröket baktériumok, iszap és biofilm elleni védekezéshez. Az ivóvíz fertőtlenítése nem termel THM-et és nagyon alacsony AOX-t. A ClO₂ pH-független, és a helyszínen előállítható. A vegyszer adagoló rendszerek egyszerűek és kompaktak.

A klór-dioxid körülbelül 5-ször jobban oldódik, mint a klór, és 50-szer jobban oldódik, mint az ózon. Annak ellenére, hogy a klór-dioxid oldható, mégis gáz, és a gáz oldhatóságát Henry törvénye szabályozza. Zárt csővezetékekben gyakorlatilag nem várható vízveszteség a gázfázisban. Nyitott tartályokban az oldatban lévő klór-dioxid lassan csökken, amíg be nem áll az egyensúly a ClO₂ (g) és a ClO₂ (aq) között. Le Chatelier elve szerint, ha a klór-dioxidot folyamatosan eltávolítják a gázfázisból egy nyitott tartály felett, az oldat koncentrációja tovább csökken, amíg el nem éri a 0 szintet.