ความสมมาตรของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแบบเส้นตรงและสมมาตรแบบศูนย์กลางที่รูปทรงเรขาคณิตสมดุล ความยาวของพันธะคาร์บอน-ออกซิเจนในคาร์บอนไดออกไซด์คือ 116.3  pmซึ่งสั้นกว่าความยาวประมาณ 140-pm ของพันธะ C-O เดี่ยวทั่วไปอย่างเห็นได้ชัด และสั้นกว่าหมู่ฟังก์ชัน ที่มีพันธะหลายพันธะที่มี C-O อื่น ๆ ส่วนใหญ่ เช่นคาร์บอนิล เนื่องจากมีความสมมาตร แบบ ศูนย์กลาง โมเลกุลจึงไม่มีโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า ในฐานะที่เป็นโมเลกุลไตรอะตอมเชิงเส้น คาร์บอนไดออกไซด์ มีโหมดการสั่น สี่โหมด ตามที่แสดงในแผนภาพ ในโหมดการยืดแบบสมมาตรและแบบแอนติสมมาตร อะตอมจะเคลื่อนที่ไปตามแกนของโมเลกุล มีโหมดการดัดงอสองโหมด ซึ่งแบบเสื่อมหมายความว่ามีความถี่เท่ากันและพลังงานเท่ากัน เนื่องจากความสมมาตรของโมเลกุล เมื่อโมเลกุลสัมผัสพื้นผิวหรือสัมผัสกับโมเลกุลอื่น โหมดการดัดสองโหมดอาจแตกต่างกันในความถี่เนื่องจากการโต้ตอบจะแตกต่างกันสำหรับโหมดทั้งสอง โหมดการสั่นบางโหมดพบในสเปกตรัมอินฟราเรด