SO3 là anhydride của H2SO4. Do đó, các phản ứng sau sẽ xảy ra:

SO 3 + H 2 O ⟶ H 2 SO 4 {\displaystyle {\ce {SO3 + H2O -> H2SO4}}} (phản ứng tỏa nhiều nhiệt)[2]

Lưu huỳnh trioxit cũng phản ứng với lưu huỳnh đichloride để tạo ra thuốc thử hữu dụng thionyl chloride.

SO 3 + SCl 2 ⟶ SOCl 2 + SO 2 {\displaystyle {\ce {SO3 + SCl2 -> SOCl2 + SO2}}} Ở nhiệt độ cao, lưu huỳnh trioxit bị nhiệt phân khi có chất xúc tác là vanadi(V) oxit. SO 3 ⟶ SO 2 + O 2 {\displaystyle {\ce {SO3 -> SO2 + O2}}}