二氧化氯问世以来，已经先后被用于纸张和纤维漂白、饮用水消毒、食品加工、肉类、水果蔬菜和水产品灭菌与保鲜、工业冷却水和废水处理、食品包装纸消毒和漂白、注水采油和油井解堵、临床医疗中的消毒灭菌、卫生防疫消毒、油脂脱色及面粉和大米加工中的漂白和杀菌、水产养殖中的水体养殖消毒和防病治病以及水厂杀藻和控制生物污染和管道淤塞等诸多方面。
1、各种自来水厂的消毒。
2、高层建筑二次给水、饮用水消毒。
3、广大农村、城镇、矿山、部队及野外工作人员饮用水、铁路沿线个供水站消毒。
4、游泳池、浴池水的灭菌消毒。
5、发电厂、锅炉等工业用冷却循环水的除藻灭菌。
6、中水回用中的灭菌及除异味。
7、各种污水处理的消毒处理。
8、餐厅、宾馆、餐具的灭菌消毒。
9、食品饮料厂的器皿灭菌消毒。
10、乳品厂、屠宰厂的管道环境灭菌等消毒。
11、医院污水、器械的灭菌消毒。
12、电镀含氰废水的破氰处理。
13、印染废水的脱色处理。
14、含酚废水的脱酚处理。
15、石油管道硫酸还原菌的灭除。
二氧化氯在引用水消毒中的应用
美国环境保护局进行过几项使用二氧化氯消毒水和废水的研究，实验证明二氧化氯是一种比氯更有效的杀病毒剂和杀细菌剂，而且在广泛的ph范围内有效，成为大家喜欢使用的消毒剂。认真控制二氧化氯消毒可减少形成有机氯代物的潜力。
使用二氧化氯控制三氯甲烷
二氧化氯在水处理中的应用，是多年来已被接受的一项事实，它曾经是减少水源疾病的重要因素一。 但是三卤甲烷的发现及其危及健康的作用却提出了一个氯化和安全问题，认为在保护饮用水免遭疾病传染时也能产生致癌性的有机副产物。这种关注导致了对“国家临时初级饮用水章程”的修改，以便控制饮用水中三卤甲烷的浓度。
八十年代初，美国印第安纳州埃文斯维尔供排水公司和美国环境保护局（usepa）发起了使用二氧化氯的评价研究，结果表明二氧化氯对减少三卤甲烷是非常有效的，二氧化氯的效果促成了美国很多供排水公司把预消毒剂从氯气改变为二氧化氯。
二氧化氯和氯：预氧化剂用于饮用水厂杀灭藻类
与水净化和水质问题相关的藻类已引起人们的强烈关注。这些问题概括如下：
藻类和胞外产物干扰物理/化学水净化工艺；
藻类通过净化系统造成令人难以接受的水质产生；
藻类不仅产生影响神经系统的肝毒素有害于消费者的健康，而且产生藻类产物还能作为三卤甲烷的前驱物质和微生物及其异样生物的养料来源。
自20世纪70年代中期，南非弗里尼欣市兰特水司比较了二氧化氯和氯气作为原水的预氧化剂和杀藻剂的效果，并且进行了下列研究：
不同种藻类对两种氧化剂的敏感性；
藻类浓度对氧化效率的影响；
氧化剂浓度和接触时间对藻类存活率的影响。
研究结果表明：在氯需要的1/3接触时间内，二氧化氯的效率是氯的2－10倍。用二氧化氯作预氧化剂时没有三卤甲烷的形成，但是用氯氧化含藻悬浮液在接触2h内形成三卤甲烷达35μg/l。从这项研究中可明显地得出：二氧化氯是这两种消毒中使用较佳者。
二氧化氯对直流式冷却系统的防污塞处理
微生物污染是指在处理系统表面产生不期望的生物粘泥沉积。生物粘泥主要由生物膜组成，其中的微生物包埋于由它们自身组成的聚合基质中，形成复杂的粘泥沉积物。在工业环境中产生的生物粘泥，常常包含有生物膜，以及和它们有密切关系的无机颗粒、腐蚀产物和较大的污染微生物。
意大利学者毕来梯（belluati）等用二氧化氯处理直流式冷却系统中的微生物污染取得了积极成果，研究证明二氧化氯在0.05-0.25mg/l的投加浓度下就能有效地控制生物污染地发生。
二氧化氯在煤气废水处理中的应用
将二氧化氯（）应用于煤气废水（含高浓度酚类物质）治理中，对二氧化氯投量与cod的比例关系、反应时间对酚类物质去除的影响、反应过程中二氧化氯的消耗与ClO2-的形成做了比较。结果表明，在煤气废水中的COD与ClO2的浓度比为5.5，反应进行30min后，可以使废水中可降解的酚类物质基本去除。gc/ms表明，在处理过程中基本没有氯代有机物生成。
二氧化氯可以有效去除煤气废水中的有机物质，在实际废水处理工艺中，如果在生化处理之后辅之以化学氧化，处理出的水就可以满足循环冷却水的要求，这不仅达到了废水处理的目的，而且使废水得到了回用。
二氧化氯在石油污染地下水治理中的应用
利用二氧化氯作为氧化剂，并结合曝气、微生物技术及水利截获技术使地下水中油类污染物的浓度较大程度地降低。
二氧化氯处理医院污水
医院污水消毒目前国内外主要采用液氯、漂**（或漂白精）、次氯酸钠、臭氧和二氧化氯等。用二氧化氯和氯气对照处理医院污水，进行消毒处理实验，考察二氧化氯对医院污水地处理效果，得出以下结论：
1) 二氧化氯对国家规定的消毒剂鉴定菌种的杀灭效果是显著和高效的，符合国家卫生部的规定要求。
2) 二氧化氯对医院污水中分离鉴定出来的非致病菌和致病菌的消毒效果明显好于液氯。
3) 二氧化氯可在ph=3.0-9.0范围内有效杀灭医院污水中的细菌（含大肠杆菌），而氯气只有在中性条件下才达到满意效果。
4) 二氧化氯对医院污水中COD和BOD5的去除效果优于液氯。
5) 建议二氧化氯处理医院污水的运行参数是：投量30-50mg/l，作用60-120min；在此条件下，处理后污水细菌总数均可达到GB48-83国家医院污水排放标准和GB8978-88国家污水综合排放标准。
二氧化氯处理印染废水
印染废水中助剂和浆料占废水COD的70％以上，而染料只占COD的10％左右。但是，染料形成了印染废水的主要特征之一——高色度。二氧化氯作为一种具有强氧化性和氧化过程中很少有有机卤代物产生的氧化剂，用于处理印染废水，在适当条件下，具有很好的脱色效果，无返色现象，处理后的出水COD等指标能达到国家GB8978-88排放标准。
二氧化氯用于杀灭成熟斑贻贝
斑贻贝出没于构筑物进水口和管线引起生物淤塞及其相关问题。二氧化氯是一种有效的杀菌剂，与氯气相比，它在低浓度和接触时间内成功地杀死贻贝。在美国已成功使用二氧化氯消除成熟的斑贻贝侵蚀。
二氧化氯在注水采油中的应用
20世纪90年代以来，美国某些油田采用在常规酸中加入二氧化氯的方法处理地层和注水管线的堵塞收到了明显效果。
二氧化氯是一种极强的氧化剂，它可优先将FeS氧化成水润湿性的氧化物，溶解了的铁被酸中的添加剂螯合，酸化产生的硫化氢被氧化成SO42-－或SO32-,因此不会产生FeS的再沉淀问题。二氧化氯也完全能够氧化堵塞岩层的有机生物质合任何聚合物残渣，因此在常规酸中添加二氧化氯能有效地解决井眼周围地岩层损害合注水管线中的淤渣问题，从而提高注水速度，降低压力，增加生产能力。
二氧化氯处理高浓度含氰废水
二氧化氯是一种强氧化剂，它可将含氰废水中的CN- 氧化成CO2和N2而达到净化目的。
二氧化氯在水产养殖中的应用
大量的养殖实验已证明二氧化氯对经水传播的病原微生物均具有较好的消毒效果，且对养殖动物生长发育没有影响。有因其使用后不会导致病原体产生耐药性和作用后无有害残留物生成等特点，二氧化氯将会作为水产养殖用水消毒剂而被广泛使用。
二氧化氯的在医疗中的应用
二氧化氯可用于皮肤保护液、清洁剂和消毒剂，妇科消毒，口腔消毒，眼科消毒和治疗眼疾，骨科消毒，外科消毒和伤面冲洗，哺乳动物消毒，还可用于防止组织红肿；另外，二氧化氯在医院其它方面也有应用，如用于医院污水的消毒，医院废物处理，医疗器械的即时消毒，医院环境及空气消毒等等。