O中I-O-I键角为139.2°，但这种分子没有镜面对称元素，因此它的分子对称性不是C。两端的I-O键键长约为1.80 Å而桥连的I-O键键长约为1.95 Å。
反应.五氧化二碘在常温下很容易将一氧化碳氧化成二氧化碳，它也能氧化乙烯、一氧化氮、硫化氢等：这个反应可用于分析气体样品中的一氧化碳浓度。IO与SO和SOF反应得到碘酰基离子[IO]，与浓硫酸反应生成亚碘酰盐[IO]。卤素氟化物如三氟化氯、三氟化溴可将五氧化二碘氟化成五氟化碘，然后再与IO得到IOF。