Kuldioxid er en kovalent forbindelse, hvilket betyder, at den dannes ved deling af elektroner mellem atomer. Bindingen, der danner kuldioxid, kaldes en dobbeltbinding, som består af to elektronpar, der deles mellem to atomer. I tilfælde af kuldioxid dannes dobbeltbindingen mellem kulstofatomet og hvert af de to oxygenatomer.