Durante la última década ha aumentado el empleo de dióxido de cloro en la desinfección aunque sigue siendo un sistema minoritario. El ClO2 es un gas pesado, amarillo rojizo de olor desagradable y picante. Es un agente oxidante poderoso y además se ha demostrado eficaz para controlar olores y sabores originados por contaminación química, especialmente la producida por compuestos de tipo fenólico.

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El pricipal inconveniente es que el ClO2 debe ser generado in situ en la planta de tratamiento en el momento en que va a emplearse. Se produce por reacción de clorito sódico (ClO2Na) y una solución concentrada de cloro a pH inferior a 4 (para que se encuentre como Cl2). También puede obtenerse a partir de clorito sódico y ácido clorhídrico.

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Las reacciones de producción del agente desinfectante conllevan la formación, o la no utilización, de ciertas cantidades de cloro gas que explican la formación de pequeñas cantidades de subproductos indeseables de la desinfección y que no se derivan directamente de la acción del dióxido de cloro sobre compuestos orgánicos. En cualquier caso la formación de estos productos es mucho menor que en el proceso de la cloración.

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Si embargo, sobre todo si se produce el ClO2 a partir de la reacción clorito+cloro, se forman cloritos y cloratos mediante reacciones secundarias cuyos efectos sobre la salud humana no están bien estudiados.

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Se sabe que el proceso genera una cierta desinfección resiudual pero la capacidad de desinfección que posee el dióxido de cloro residual en los sistemas de distribución no ha sido suficientemente estudiada.

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Su eficacia como agente desinfectante aumenta al aumentar el pH. En bacterias el dióxido de cloro actua afectando a la síntesis de proteínas. Sobre los virus actua frente a funciones de la cápsida probsblemente y no sobre ácidos nucleicos como el cloro.

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