oxid uhličitý, tak ako všetky plyny, sa bežne vyskytuje v troch skupenstvách – ako plyn, ako kvapalina aj ako pevná látka. No existuje ešte jedno skupenstvo, v ktorom vieme oxid uhličitý veľmi dobre využívať. Na to, aby sme si ho priblížili, si musíme vysvetliť fázové premeny oxidu uhličitého. Ten je väčšinou v niektorom z troch skupenstiev v závislosti od toho, akú má teplotu a tlak.

Správanie plynu v závislosti od teploty a tlaku znázorňuje takzvaný fázový diagram. Podľa toho, ako sa mení tlak a teplota, mení sa aj skupenstvo plynu. Pri oxide uhličitom napríklad platí, že ak je tlak 10 atmosfér a teplota -70 °C, všetok plyn bude v pevnom skupenstve. Ak, naopak, tlak znížime na 1 bar a teplotu zvýšime na +20 °C, všetok plyn bude v plynnom skupenstve. Ak bude teplota tých istých +20 °C, ale tlak zvýšime na 10 atmosfér, všetok plyn skondenzuje na kvapalinu.

Ak by sme tlak nastavili na 5,1 atmosféry a teplotu na -56,6 °C objavili by sa všetky tri skupenstvá naraz, plynné, kvapalné aj pevné. To je takzvaný trojný bod. Ak budeme teplotu a tlak zvyšovať, až dosiahneme 72,8 atmosféry a teplotu +31 °C, dosiahneme na fázovom diagrame takzvaný kritický bod. Ten je dôležitý preto, lebo jeho prekročením v ktoromkoľvek smere sa všetok oxid uhličitý zmení na štvrté skupenstvo, takzvaný nadkritický plyn. Ten má špeciálne vlastnosti, okrem iného hustotou pripomína kvapalinu, ale viskozitu, čiže schopnosť tiecť má skôr na úrovni plynu. 

Nadkritický oxid uhličitý má vlastnosti, ktoré majú široké využitie hlavne v potravinárstve. Funguje totiž podobne ako organické rozpúšťadlá. Dokáže sa v ňom napríklad rozpustiť kofeín, ktorý obsahujú zelené kávové bôby. Ale ako potom dostaneme kofeín z oxidu uhličitého? Veľmi jednoducho. Stačí znížiť tlak pod hodnotu kritického bodu a oxid uhličitý stratí svoju schopnosť rozpúšťať kofeín. Ak sme ho pred znížením tlaku prečerpali do samostatnej nádoby, kofeín skondenzuje a oxid uhličitý sa zmení na bežný plyn, ktorý sa po odsatí a natlakovaní dá použiť znovu. Oddelený kofeín potom nájdete vo svojej kole alebo energetickom nápoji. Tento proces, nazývaný celým menom vysokotlaková extrakcia nadkritickým oxidom uhličitým, sa samozrejme nepoužíva len na výrobu bezkofeínovej kávy. Má široké uplatnenie v chemickom a kozmetickom priemysle.