二氧化硫化學性質極其復雜，不同的溫度可作為非質子溶劑、路易氏酸、還原劑、氧化劑、氧化還原試劑等各種作用。液態二氧化硫還可作自由基接受體。如在偶氮二異丁腈自由基引發劑存在下與乙烯化合物反應得到聚砜。液態二氧化硫在光照下，可與氯和烷烴進行氯磺化反應，在氧存在下生成磺酸。液態二氧化硫在低溫表現出還原作用，但在300℃以上表現出氧化作用。