超臨界二氧化碳是二氧化碳的超臨界狀態，也就是二氧化碳隨著溫度和壓力的變化，超出了二氧化碳氣液的臨界溫度，臨界壓力，臨界容積狀態的二氧化碳。
二氧人碳的密度和黏度，會隨著壓力的增加而變大，隨著溫度的升高而減小，壓縮因子會隨著溫度，壓力而變化，地質封存和促進油氣開采條件下二氧化碳的密度大體在200-800kg/立方米之間，小于地下水的密度，所以把二氧化碳注入到地下含水層以后，二氧化碳在浮力的作用下會向上遷移而聚集于構造高點。
當溫度高于31.1攝氏度，壓力高于7.38Mpa時，二氧化碳便進入到了超臨界狀態，在二氧化碳地質儲存中，大多數儲層的溫度和壓力均達到了臨界點以上，二氧化碳常常是以超臨界狀態儲存于地質體中。
超臨界二氧化碳是一種高密度注體，在物理特性上兼有了氣體和液體的雙重特性，密度是氣體的幾百倍，近于液體，這也讓超臨界二氧化碳有很強的溶劑化能力，具有常規液態溶劑的強度，在臨界溫度以下，氣體被不斷的壓縮會有液相出現，然而，超臨界流體被壓縮只是增加其密度，不會形成液相，超臨界流體的密度和溫度與壓力密切相關，超臨界二氧化碳的密度隨著壓力升高而增大，隨著溫度升高而減小，在臨界點附近，密度對于壓力和溫度十分的敏感，很小的溫壓變化就會導致密度的急劇變化。
擴散系數和黏度是衡量超臨界流體傳質能力的重要參數，超臨界流體黏度比液體小兩個數量級，與氣體相似，流動性遠大于液體，二氧化碳的黏度在壓力比較低的時候基本保持不變，而當壓力升高時，黏度隨著增大，在臨界點附近隨著壓力升高而急劇增大，之后又相對平緩，超臨界二氧化碳流體具有比較好的傳質性能，超臨界二氧化碳的密度，黏度和擴散系數等性能可以隨著溫度和壓力的變化而改變。