أكسيد ثنائي الكلور هو عامل كلورة قوي وانتقائي. يتم تخزينه تحت درجة حرارة -80°م (-112°ف) في حالة سائلة أو صلبة. وهو غاز أحمر-أصفر شديد التفاعل وغير مستقر، ويُخزّن عادةً على هيئة هيدرات مجمدة. يستخدم كعامل تبييض للأخشاب، مبيد حيوي، ومعالجة لمسابح المياه. يستخدم في الصناعة الكيميائية كعامل كلورة للتفاعلات الكيميائية المختلفة، وفي الصناعة الدوائية لإدخال ذرات الكلور انتقائياً في الجزيئات العضوية، وفي التطبيقات البيئية لمعالجة المياه والمياه العادمة، وفي علم المواد لتعديل خصائص البوليمرات والمركبات.