В жидком виде образует гомогенные смеси с дифтордихлорметаном, трифторхлорметаном, дифтордиазином, трифторидом хлора, фторидом нитрила. Смесь диоксидифторида с озоном взрывается, что является частой причиной взрывов при работах с электрическим разрядом и соединениями способными давать кислород и фтор.
Один из сильнейших фторокислителей. По энергичности окисления превосходит даже дифторид криптона, хотя и уступает ему по силе (напр. не окисляет трифторид азота до солей тетрафтораммония). В основном фторирующая сила диоксидифторида связана с его легкой диссоциацией на радикал O2F и атомарный фтор. С органическими соединениями (в т.ч. с углеводородами) реагирует со вспышкой и взрывом. При контакте с твердым аммиаком при 110 К или со льдом при 130-140 К также протекает бурная реакция. С молекулярным водородом при 77 К и 1 мм.рт.ст. диоксидифторид не реагирует, однако действие атомарного водорода дает смесь фтороводорода, перекиси водорода и воды. Тетрафторгидразин при 170 К фторируется до трифторида азота. Для фторирования веществ для уменьшения скорости реакций рекомендуется использовать растворы диоксидифторида в безводном фтороводороде. Реакции растворов диоксидифторида с осмием, рением, иридием, молибденом и вольфрамом дает соответствующие гексафториды; с родием, рутением, платиной, палладием, золотом, висмутом, оловом, марганцем и серебром - соответствующие соли диоксигенила. При реакции с дифторидом никеля образуется гексафторникелат (VI) никеля (II). Смешиванием диоксидифторида с ксеноном при 155 К можно получить дифторид ксенона (для реакции со фтором требуется нагрев и давление). Реакцией диоксидифторида с радоном ниже 173 К получен фторид радона. С криптоном диоксидифторид не реагирует до 195 К. Тетрафториды углерода и кремния инертны по отношению к диоксидифториду, однако тетрафторэтилен энергично, со вспышками, реагирует с O2F2 при 77 К с образованием фторфосгена и тетрафторметана в качестве главных продуктов, в меньшем количестве образуются CF3OF, CF3OOCF3, C2F5OCF3, что указывает на сложный механизм реакции. Политетрафторэтилен (тефлон) также вступает в реакцию с диоксидифторидом, причём контакт с тонкой пленкой тефлона может привести к взрыву.
При 90 К диоксидифторид со вспышкой реагирует с серой, при 130-195 К реагирует с сероводородом, давая гексафторид серы. Реакция диоксидифторида с тетрафторидом серы протекает энергично при 130 К с образованием гексафторида серы и кислорода. Диоксидифторид реагирует с диоксидом серы при 90 К с образованием сульфурилфторида (аналогичная реакция с фтором протекает при 473 К). Диоксидифторид гладко реагирует с гексафторпропеном при 90 К в среде трифторхлорметана и дает смесь продуктов CF3CF(OOF)CF3 (75%) и CF3CF2CF2OOF (25%).