二氧化硫（化學式SO2）是最常見、最簡單、有刺激性的硫氧化物，是大氣的主要汙染物之一。火山爆發時會噴出該氣體，在許多工業過程中也會產生二氧化硫。
由於煤和石油通常都含有硫元素，因此燃燒時會生成二氧化硫。當二氧化硫溶於水中，會形成亞硫酸。若把亞硫酸進一步在PM2.5存在的條件下氧化，便會迅速高效生成硫酸（酸雨的主要成分）。這就是對使用這些燃料作為能源的環境效果的擔心的原因之一。
2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，二氧化硫在3類致癌物清單中。
二氧化硫主要用作有機溶劑及冷凍劑，並用於精製各種潤滑油；用於生產三氧化硫、硫酸、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽，也用作燻蒸劑、防腐劑、消毒劑、還原劑等；用作還原性漂白劑等；用作農藥、人造纖維、染料等工業部門；用於生產硫以及作為殺蟲劑、殺菌劑等。
二氧化硫是國內外允許使用的一種食品添加劑，通常情況下該物質以焦亞硫酸鉀、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、低亞硫酸鈉等亞硫酸鹽的形式添加於食品中，或採用硫磺燻蒸的方式用於食品處理，發揮護色、防腐、漂白和抗氧化的作用。二氧化硫和某些含硫化合物的漂白作用也被一些不法廠商非法用來加工食品，以使食品增白等。食用這類食品，對人體的肝、腎臟等有嚴重損傷，並有致癌作用。