Koolstofdioxide, ook kooldioxide of koolzuurgas genoemd, is een anorganische verbinding van koolstof en zuurstof, met als brutoformule CO2. In zuivere toestand is het een kleurloos en reukloos gas dat van nature in de aardatmosfeer voorkomt. De molecule bezit een lineaire geometrie en behoort tot de puntgroep D∞h. Soms wordt het gas aangeduid als koolzuur, maar daarmee wordt eigenlijk diwaterstofcarbonaat (H2CO3), de oplossing van koolstofdioxide in water, bedoeld.