二氧化碳气体是消防灭火时应用广泛的一种气体，但有一些物质着火时却不能用二氧化碳来灭火。这些物质是：金属氢化物、少数活泼金属，以及诸如硝酸纤维一类的含氧物质。除此之外，二氧化碳几乎可以扑灭所有可燃材料发生的火灾，应用最广泛的是扑灭易燃液体火灾，这是因为二氧化碳能在液体表面形成瞬时惰性气体隔离层。二氧化碳不导电，所以也广泛用于防护电气设备。同时，二氧化碳无破坏作用，所以适用于毛皮库、档案室、计算机房、磁盘贮存室等高价值场所的消防。在火灾后需要迅速恢复生产的工作，也常使用二氧化碳来保护生产设备和加工材料。这是因为二氧化碳对设备和材料无损害，不存在清理液体和固体残余物问题，这样就可最大限度地减少火灾后的损失和停工时间。二氧化碳通过管道和喷嘴喷射时，还具有自身能产生压力的优点，它是气体，可以渗入并扩散到火场的所有区域。
使用二氧化碳灭火有两种方法。一种在失火的封闭区或房屋内大量充注二氧化碳气体，有时还需要在该房屋内让二氧化碳气体保持一段时间，直至火焰完全熄灭为上。这种方法称为全淹没法。
另一种方法是将二氧化碳喷覆在液体表面上，或喷在覆盖有易燃液体或者沉积有可燃残留物的非燃烧表面上。这种方法叫局部应用法，采用这种方法时，火灾区无需封闭，但二氧化碳必须局部喷射到所有火焰完全熄灭，且无复燃的可能为止。
喷出大量二氧化碳气体时，可能对人体产生危害。在喷射二氧化碳过程中及随后一段时间内，二氧化碳“雪”会严重影响能见度，喷射声还可能引起人的惊恐。在密闭空间使用二氧化碳灭火时，会引起该空间缺氧。大量的二氧化碳还会飘至相邻的地窖、隧道或者坑道等低洼处，造成缺氧。
缺氧造成的危害可通过下列方法控制：安装报警系统和装置、采取特别应急措施、延时喷放二氧化碳以及其它措施。
二氧化碳冷却效果比水差，这是其使用受到限制的主要缺点。如果完全扑灭某些类的火灾，使其无复燃的可能，就需要足够的二氧化碳。这样，尽管采用二氧化碳有其有利因素，但也会排除使用它的可能性。