氢氧化锂与二氧化碳反应，生成碳酸锂和水。反应过程中，氢氧化锂和二氧化碳形成碳酸锂沉淀和水。如果二氧化碳过量，反应方程式为：2LiOH + CO2 = Li2CO3 + H2O。如果二氧化碳少量，反应方程式为：LiOH + CO2 + H2O = LiHCO3。需要注意的是，氢氧化锂微溶于水，温度稍高，就会分解为氧化锂。
此外，氧化锂不能直接与二氧化碳反应，但如果有水，就可以反应，生成碳酸锂。氧化锂先与水反应生成氢氧化锂，它是碱性物质，就可以与二氧化碳反应，生成碳酸锂和水。水在反应前后没有增减，可以看成催化剂。