炭素原子と酸素原子が1個ずつ結合した分子である。永久電気双極子モーメントを持つため電波のミリ波領域に回転エネルギー準位間の遷移による輝線を放射する。星間空間では水素分子（H₂）の10^-4 程度の存在量であるが、他の分子よりはるかに多いことと、電気双極子モーメントが小さいために熱平衡状態になりやすいことから比較的強い輝線を放射し、分子雲の主要な観測手段となっている。¹²COだけでなく¹³COやC¹⁸Oなどの同位体を含む分子からの輝線も観測される。CO（J=1-0）輝線が観測されるための臨界密度は10³ cm^-3 程度であるが、光学的厚みが大きいので、実際には10² cm ^-3 程度の低密度でも観測される。