二氧化氮高温下棕红色有毒气体，在常温下二氧化碳与四氧化二氮混合而共存。有毒，具有刺激性，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的反应。

二氧化氮在臭氧的形成过程中，有着重要的作用。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。由于水中富含氮、磷等营养物质、藻类大量繁殖而导致缺氧。以及增加水体中有害鱼类和其他水生生物的毒素含量。