O Dióxido de Carbono medicinal tem várias finalidades médicas. Pode ser usado como gás de insuflação para cirurgia minimamente invasiva (laparoscopia, endoscopia e artroscopia) e para ampliar e estabilizar cavidades do corpo para uma melhor visibilidade do campo cirúrgico. Para além disso, na sua fase líquida, pode ser usado para fornecer temperaturas abaixo de -76° C, para a crioterapia ou para a analgesia local por aplicação externa sobre a superfície da pele.
Outras aplicações médicas incluem a estimulação respiratória transitória e o incentivo à respiração profunda e à tosse para prevenir ou tratar ateletasia.