氮原子的價電子層結構為 2S2P3，三個成單電子和一對弧電子對。

有三種化合物鍵型： N 原子有較高的電負性（3.04），它同電負性較低的金屬，如Li（電負性 0.98）、Ca（電負性 1.00）、Mg（電負性 1.31）等形成二元氮化物時，能夠獲得 3 個電子而形成 N3﹣ 離子。N 原子同電負性較高的非金屬形成化合物時，形成如下幾種共價鍵： N 原子採取 sp3 雜化態，形成三個共價鍵，保留一對孤電子對，分子構型為三角錐型，例如 NH₃、NF₃、NCl₃ 等。若形成四個共價單鍵，則分子構型為正四面體型，例如 NH₄+ 離子。N 原子採取 sp2 雜化態，形成 2 個共價雙鍵和 1 個單鍵，並保留有一對孤電子對，分子構型為角形，例如 Cl—N=O。（N 原子與 Cl 原子形成一個 σ 鍵和一個 π 鍵，N 原子上的一對孤電子對使分子成為角形。） 若沒有孤電子對時，則分子構型為三角形，例如 HNO₃ 分子或 NO₃- 離子。硝酸分子中 N 原子分別與三個 O 原子形成三個 σ 鍵，它的 π 軌道上的一對電子和兩個 O 原子的成單 π 電子形成一個三中心四電子的不定域 π 鍵。在硝酸根離子中，三個 O 原子和中心 N 原子之間形成一個四中心六電子的不定域大 π 鍵。這種結構使硝酸中 N 原子的表觀氧化數為 +5，由於存在大 π 鍵，硝酸鹽在常況下是足夠穩定的。N 原子採取 sp 雜化，形成一個共價叄鍵，並保留有一對孤電子對，分子構型為直線形，例如 N₂ 分子和 CN- 中 N 原子的結構。N 原子在形成單質或化合物時，常保留有孤電子對，因此這樣的單質或化合物便可作為電子對給予體，向金屬離子配位。例如 [Cu(NH₃)₄]2+。