Диоксид (двуокись) серы SO₂ образуется при сжигании серы в воздухе или кислороде. Он получается также при прокаливании на воздухе ("обжигании") сульфидов металлов, например железного колчедана:

По этой реакции диоксид серы получают обычно в промышленности.

Диоксид серы — бесцветный газ ("сернистый газ") с резким запахом горящей серы. Он довольно легко конденсируется в бесцветную жидкость, кипящую при –10,0°C. При испарении жидкого SO₂ происходит сильное понижение температуры (до –50°C).

Диоксид серы хорошо растворяется в воде (около 40 объемов в 1 объеме воды при 20°C); при этом частично происходит реакция с водой и образуется сернистая кислота:

Таким образом, диоксид серы является ангидридом сернистой кислоты. При нагревании растворимость SO₂ уменьшается и равновесие смещается влево; постепенно весь диоксид серы снова выделяется из раствора.

Молекула SO₂ построена аналогично молекуле озона. Ядра составляющих ее атомов образуют равнобедренный треугольник. Здесь атом серы, как и центральный атом кислорода в молекуле озона, находится в состоянии sp²-гибридизации и угол OSO близок к 120°. Ориентированная перпендикулярно к плоскости молекулы p_z-орбиталь атома серы не участвует в гибридизации. За счет этой орбитали и аналогично ориентированных p_z-орбиталей атомов кислорода образуется трехцентровая пи-связь; осуществляющая ее пара электронов принадлежит всем трем атомам молекулы.

Диоксид серы применяют для получения серной кислоты, а также (в значительно меньших количествах) для беления соломы, шерсти, шелка и как дезинфицирующее средство (для уничтожения плесневых грибков в подвалах, погребах, винных бочках, бродильных чанах).