二氧化碳灭火剂灭火机理是主要窒息，其次是冷却。

灭火时大量的二氧化碳喷射到防护区（或直接喷向保护对象），降低了防护区（或保护对象周围）空气中的氧含量。当空气中二氧化碳含量达到30-35%（体积百分比），绝大多数可燃物将被窒息。其次，二氧化碳从储存容器中喷射出来，压力骤然下降，二氧化碳迅即由液态转变为气态时，由于膨胀作用而吸收热量（气化热值138大卡/kg），对防护区（或保护对象）有一定的冷却作用。