Klordioksitin etkili bir dezenfektan olarak çalışma mekanizması, su içerisindeki zararlı mikroorganizmaların hücre zarlarını ve yapılarını hedef alarak gerçekleşir. Bu işlem, klordioksitin su içerisindeki bakteri, virüs, mantar ve diğer mikroorganizmalar üzerindeki etkisini sağlayan önemli bir süreçtir.

Klordioksit, su içerisinde bulunan su kaynaklı mikroorganizmaların (örn. bakteri, virüs, mantar, protozoa) hücre zarlarını okside ederek bozar. Mikroorganizmaların hücre zarları, yaşamsal süreçlerini düzenleyen ve hücre içi bileşenlerin dışarı çıkmasını ve dışarıdan madde alımını kontrol eden önemli bir yapıdır. Klordioksit, hücre zarlarını oksidasyon yoluyla bozarak, mikroorganizmaların iç dengesini alt üst eder ve hayatta kalma yeteneklerini engeller.

Ayrıca, klordioksitin etkisi organik maddeler ve kimyasal bileşiklerle reaksiyona girerek suyun temizlenmesini sağlar. Suda bulunan organik maddeler ve diğer kimyasal bileşikler, suyun kalitesini olumsuz yönde etkileyebilir ve sağlık açısından risk oluşturabilir. Klordioksit, bu organik maddelerle ve kimyasal bileşiklerle reaksiyona girerek, suyu daha temiz ve güvenli hale getirir.

Klordioksitin su dezenfeksiyonunda kullanılmasının önemli bir diğer avantajı, sudaki kötü tat ve koku problemlerini azaltmasıdır. Bazı dezenfektanlar, suya kötü tat ve koku bırakabilirken, klordioksit suyu tat ve koku özelliklerini değiştirmeden dezenfekte eder. Bu özelliği sayesinde klordioksit, suyu daha kabul edilebilir ve hoş hale getirir.

Klordioksit aynı zamanda, suyun pH düzeyine karşı daha az duyarlıdır. Diğer bazı dezenfektanlar, suyun pH düzeyi değiştiğinde etkisini kaybedebilir veya etkinliği azalabilirken, klordioksit daha stabil bir performans sergiler.