Dwutlenek węgla odgrywa dużą rolę w fizjologicznej regulacji krążenia krwi. Wdychany w stężeniach 3—5% utrudnia wymianę CO2 w pęcherzykach płucnych i powoduje zakwaszenie krwi oraz wzrost ciśnienia parcjalnego tego gazu we krwi. Zgodnie z fizjologicznymi mechanizmami wyzwala to odruchy presyjne z zatoki szyjnej oraz powoduje bezpośrednie pobudzenie ośrodków naczynioruchowego i oddechowego. Pobudzenie ośrodka naczynioruchowego powoduje obkurczenie naczyń jamy brzusznej, podczas gdy naczynia mózgowe i drobne naczynia obwodowe się rozszerzają. Pewną rolę w tym ostatnim działaniu odgrywa bezpośredni wpływ rozkurczający na mięśnie gładkie. Wskutek przewagi działania ośrodkowego kurczącego naczynia dużego obszaru naczyniowego jamy brzusznej ciśnienie tętnicze wzrasta. W większych stężeniach dwutlenek węgla może obniżyć ciśnienie tętnicze wskutek depresji, a w końcu porażenia ośrodka naczynioruchowego oraz osłabienia siły skurczowej serca. Preparat Carbogen (tlen z dodatkiem 5% CO2) jest niezbędnym środkiem uzupełniającym działanie innych leków wr zapaści i innych stanach przebiegających z niedotlenieniem organizmu. Dwutlenek węgła jest stosowany także w balneologii do kąpieli kwasowęglowych.