天然气的主要成分是甲烷等烃类气体，通常还含有一定量的酸性物质，如二氧化碳。二氧化碳的存在会导致天然气的品质下降，如热值降低，同时也会腐蚀设备和管道，影响集输。因此，在天然气的净化过程中要脱除二氧化碳。
二氧化碳能以固、液、气三相存在。二氧化碳在常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大，可溶于水，并生成碳酸。虽然二氧化碳是一种不可燃气体，但是镁条可以在二氧化碳气氛中燃烧。气态二氧化碳很容易通过加压和降温而液化，之后在减压条件下快速膨胀，其中一部分汽化蒸发，在蒸发的过程中气态二氧化碳带走大量的热量，进而由液态转变为固态，这种固态的二氧化碳称为“干冰”，舞台上营造烟雾缭绕的效果，就是它的功劳。液体二氧化碳和干冰还广泛用于食品保鲜、运输冷藏和加工及饮料和化工生产。
二氧化碳不只在气、液、固三相时各有各的用途，处于超临界状态下也有神奇的应用。二氧化碳的三相点为（－56．6℃，0．52兆帕）。在三相点附近时，可以通过改变温度和压力，分别使二氧化碳以固态、液态或气态存在；一旦达到三相点，各种状态则以平衡态存在。温度超过31．3℃、压力在7．38兆帕以上时，分不出气液两相，二氧化碳气体就难以完全液化，这个点也因此被称为二氧化碳的临界点。超过此临界点，二氧化碳就以超临界状态存在，成为超临界流体，介于气体和液体之间，兼有气体和液体的双重特性，即密度接近液体，黏度又与气体相似，扩散系数为液体的10～100倍，因而具有很强的溶解能力和良好的流动、输运性。
二氧化碳中的碳处于最高氧化态，热力学上高度稳定，只有在高温下才可以分解为碳和氧，因此寻求有效的活化方法是二氧化碳化学利用的关键。目前，主要的活化方法有：利用光合作用原理的生物法，引入外源能量或者让分子处于激发态的光/电化学还原，非均相和均相热还原及利用过渡金属络合催化剂降低反应能垒的过渡金属配位法等，也可将上述方法中的几种联合使用。
上述活化方法的共性在于，将二氧化碳配位到过渡金属中心上，与过渡金属化合物形成配合物，以降低二氧化碳在反应中的活化能，助力二氧化碳这样的“惰性”分子成为石化行业的重要原料。