פחמן דו-חמצני, נקרא גם דו-תחמוצת הפחמן, CO2 בכתיב כימי, הוא גז (בטמפרטורת החדר) המהווה תרכובת של פחמן וחמצן. כל מולקולה של CO2 מורכבת מאטום פחמן (C) אחד ושני אטומי חמצן (O), הקשורים אליו בקשר קוולנטי כפול. זהו גז חסר צבע. מצב הצבירה המוצק של פחמן דו-חמצני קרוי קרח יבש, בזכות תכונת ההמראה המאפיינת אותו, כלומר מעבר ישיר ממצב מוצק למצב גז. שכיחותו באטמוספירה נמוכה - רק 0.035 אחוזים. CO2 הוא התחמוצת - תרכובת המכילה אטומי חמצן במצב מעורר ולכן בעלת חומציות - המצויה ביותר בעולם.