W tych warunkach nie ma zatem topnienia ani temperatury wrzenia.
Punkt potrójny dwutlenku węgla, w którym trzy fazy: stała, ciekła i gazowa są w równowadze termodynamicznej, jest w temperaturze −56,6 °C (216,58 K) i ciśnieniu 5,19 bar. Poniżej tego ciśnienia dwutlenek węgla nie występuje jako ciecz.
Temperatura krytyczna wynosi 31,0 °C, ciśnienie krytyczne wynosi 73,8 bar, a gęstość krytyczna wynosi 0,468 g/cm³. Poniżej temperatury krytycznej można skompresować dwutlenek węgla, zwiększając ciśnienie do bezbarwnej cieczy. W temperaturze pokojowej wymagane jest ciśnienie ok. 60 bar.
Stały dwutlenek węgla krystalizuje w układzie regularnym w grupie przestrzennej (grupa nr 205), z parametrem sieci .
Rozpuszczalność w wodzie jest stosunkowo wysoka. W temperaturze 20 °C pod normalnym ciśnieniem nasycenie jest w równowadze z fazą czystego dwutlenku węgla przy 1688 mg/l.
thumb|300px|Wykres fazowy dwutlenku węgla.