下为无色晶体，熔点30.8°C。液态和气态时也是无色的。不稳定，分解为二氟化氙和氧。在潮湿空气中立即水解为三氧化氙。它为三角双锥体，孤对电子位于平伏位置上，与价层电子对互斥理论的预测相吻合。可以通过将三氧化氙固体在干冰冷冻容器的情况下，溶解于过量四氟一氧化氙中，得到液态的二氟二氧化氙、四氟一氧化氙和二氟化氙的混合物。经分馏和升华，可得较纯的二氟二氧化氙。