हाइड्रोजन परॉक्साइड एक्जोथर्मिक तरीके से स्वतः पानी और आक्सीजन गैस में विघटित होती हैः

यह प्रक्रिया ऊष्मप्रवैगिक तौर से सही होती है। इसमें −98.2 kJ·mol का एक Δ"H" और −119.2 kJ·mol का एक Δ"G" और 70.5 J·mol·K का एक ΔS होता है। विघटन की दर परॉक्साइड के तापमान और सांद्रता तथा pH व अशुद्धियों और स्थिरकारकों की उपस्थिति पर निर्भर होती है। हाइड्रोजन परॉक्साइड विघटन में शामिल अधिकांश ट्रांजीशन धातुओं और उनके यौगिकों सहित कई पदार्थों से असंगत होती है। सामान्य उत्प्रेरकों में मैंगनीज डाई आक्साइड और चांदी शामिल हैं। यही प्रक्रिया लिवर में पाए जाने वाले कैटालेज़ एन्ज़ाइम द्वारा उत्प्रेरित की जाती है, जिसका शरीर में मुख्य काम चयापचय के विषाक्त उपोत्पादों को निकालना और आक्सीकरण के तनाव को कम करना है। क्षार में विघटन तेजी से होता है इसलिये अक्सर अम्ल को स्थिरताकारक के रूप में मिलाया जाता है।

विघटन के समय आक्सीजन और ऊर्जा के निकलने के खतरनाक दुष्प्रभाव होते हैं। उच्च सांद्रता के हाइड्रोजन परॉक्साइड के ज्वलनशील पदार्थ पर गिर जाने से तुरंत आग लग सकती है जो विघटित होते हाइड्रोजन परॉक्साइड से निकलती आक्सीजन से और भड़क सकती है। हाई टेस्ट परॉक्साइड या HTP (इसे उच्च ताकत का परॉक्साइड भी कहा जाता है) को किसी अच्छे, हवादार पात्र में रखना चाहिये जिससे आक्सीजन गैस को जमा होने से रोका जा सके, जो अन्यथा अंततः पात्र के फूटने के लिये जिम्मेदार हो सकती है।

कतिपय उत्प्रेरकों, जैसे, Fe या Ti, की उपस्थिति में विघटन दूसरे मार्ग से हो सकता है जिसमें मुक्त मूल जैसे HO· (हाइड्रॉक्सिल) और HOO· उत्पन्न होते हैं। HO और Fe के संयोग को फेंटॉन्स रीएजेंट के नाम से जाना जाता है।

हाइड्रोजन परॉक्साइड की एक सामान्य सांद्रता 20-आयतन होती है जिसका मतलब है, जब हाइड्रोजन परॉक्साइड का एक आयतन विघटित होता है तो "20 आयतन" आक्सीजन उत्पंन्न होती है। हाइड्रोजन परॉक्साइड का "20-आयतन" 1.667 mol/dm (मोलार घोल) या करीब 6% के बराबर होता है।

दवाई की दुकानों में उपलब्ध हाइड्रोजन परॉक्साइड तीन प्रतिशत-घोल होता है। इतनी कम सांद्रता में यह कम स्थिर होता है और तेजी से विघटित हो जाता है। इसे साधारणतः एसिटेनिलाइड से स्थिर किया जाता है जो एक ऐसा पदार्थ है जिसके अधिक मात्राओं में भी कम दुष्प्रभाव होते हैं।

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