四氯化碳是一种无色透明的挥发性液体，具有特殊的芳香气味，味甜。与乙醇、乙醚、氯仿、苯、二硫化碳、石油醚和多数挥发油等混溶。
在四氯化碳分子中，4个氯原子是由共价键以正四面体的结构分布碳原子的四周。因为其结构对称，所以四氯化碳呈非极性，化学反应性呈惰性。甲烷也具有相同的结构，使四氯化碳成为卤代甲烷。作为一种有机溶剂，它非常容易溶解其它非极性化合物，例如脂肪和油。它也能溶解碘。它在常温下稳定，但是在高温下会水解并放出光气（COCl2）：
CCl4+H2O→COCl2+2HCl
在五氯化锑催化剂存在下，四氯化碳会与氟化氢反应，可以生成氟氯甲烷，如一氟三氯甲烷、二氟二氯甲烷，即氟利昂制冷剂。
CCl4+HF→CCl3F+HCl
CCl4+2HF→CCl2F2+2HCl
在高温下（> 200°C）与硫反应生成二硫化碳。
CCl4+6S→CS2+2S2Cl2
在无水氯化铝催化作用下，四氯化碳与苯反应，生成三苯基氯甲烷。
在铁或铁盐的催化作用下，加热至330℃能促使四氯化碳氧化分解，生成光气。
2CCl4+O2→2COCl2+2Cl2
在加热条件下，四氯化碳能与卤盐反应，生成其他四卤化物，如四氯化碳与氟化银、溴化铝或碘化铝反应，分别生成四氟化碳、四溴化碳或四碘化碳：
4AgF+CCl4→CF4+4AgCl
4AlBr3+3CCl4→3CBr4+4AlCl3
4AlI3+3CCl4→3CI4+4AlCl3
在微量氯化氢存在的条件下，四氯化碳与高氯酸银作用，产生具有爆炸性的化合物三氯高氯酸甲烷（Cl3CClO4）。
CCl4+AgClO4→Cl3CClO4+AgCl[1]
固态四氯化碳有2种晶体：其中一种是在低于-47.5℃（225.6 K）时所形成的晶体II（crystalline II），另一种是在高于-47.5℃时所形成的晶体I（crystalline II）[2]。
在-47.3℃下它具有单斜晶系结构，空间群为C2 / c，晶格常数a=20.3，B =11.6，C =19.9（.10-1nm），β=111°。其密度比水大，是一种致密的非水相液体[3]