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Das Phasendiagramm von Kohlendioxid ist in Abb. 4-8 gezeigt. Die Phasengrenzlinie fest/flüssig besitzt (wie bei den meisten Substanzen) eine positive Steigung – das bedeutet, dass die Schmelztemperatur von Kohlendioxid mit zunehmendem Druck ansteigt. Der Tripelpunkt liegt oberhalb des Atmosphärendrucks; flüssiges CO₂ kann daher bei diesem Druck bei keiner Temperatur existieren, sodass der Feststoff sublimiert (daher auch der Name „Trockeneis“). Zur Erzeugung der flüssigen Phase muss ein Druck von mindestens 0.52 MPa ausgeübt werden. CO₂-Druckgasflaschen enthalten flüssiges CO₂ oder komprimiertes Gas; wenn Gas und Flüssigkeit im Gleichgewicht vorliegen, beträgt der Dampfdruck bei 25 °C immerhin 6.8 MPa. Beim Ausströmen durch das Ventil kühlt sich das Gas infolge des Joule–Thomson-Effekts ab. Wenn der äußere Druck etwa 0.1 MPa (1 bar) beträgt, kondensiert es dabei sofort zu einem fein verteilten, schneeähnlichen Feststoff. Dass gasförmiges Kohlendioxid nur durch Anwendung von Druck verflüssigt werden kann, ist eine Folge der schwachen Wechselwirkungen zwischen den Molekülen (siehe Abschnitt 17.2.1).

Abb. 4-8 Das experimentell bestimmte Phasendiagramm von Kohlendioxid. Der Druck am Tripelpunkt ist wesentlich größer als der Atmosphärendruck, daher existiert unter normalen Bedingungen kein flüssiges CO₂.Um dieses zu erhalten, muss ein Druck von mindestens 0.51 MPa ausgeübt werden.