二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮。

二氧化氮高温下是棕红色有毒气体。在常温下二氧化氮与四氧化二氮混合而共存，有毒和刺激性，溶于浓硝酸中而生成发烟硝酸，能叠合成四氧化二氮，与水作用生成硝酸和一氧化氮，与碱作用生成硝酸盐。能与许多有机化合物起激烈反应。

二氧化氮在臭氧的形成过程中起着重要作用。人为产生的二氧化氮主要来自高温燃烧过程的释放，比如机动车尾气、锅炉废气的排放等。

二氧化氮还是酸雨的成因之一，所带来的环境效应多种多样，包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响，大气能见度的降低，地表水的酸化、富营养化以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。