二氧化氮不與氧氣反應，二氧化氮(NO₂)是一種棕紅色、高度活性的氣態物質，又稱過氧化氮。二氧化氮在臭氧的形成過程中起著重要作用。人為產生的二氧化氮主要來自高溫燃燒過程的釋放，比如機動車尾氣、鍋爐廢氣的排放等。二氧化氮還是酸雨的成因之一，所帶來的環境效應多種多樣，包括:對溼地和陸生植物物種之間競爭與組成變化的影響，大氣能見度的降低，地表水的酸化、富營養化(由於水中富含氮、磷等營養物藻類大量繁殖而導致缺氧)以及增加水體中有害於魚類和其它水生生物的毒素含量。

二氧化氮能能與氧氣反應。

2NO+O₂=2NO₂

副反應：2NO₂=N₂O₄（可逆反應）

NO₂當溫度高於150℃時開始分解，到650℃時完全分解為一氧化氮和氧氣。與水反應生成硝酸和一氧化氮；與濃硫酸反應生成亞硝基硫酸，與鹼反應生成等摩爾硝酸鹽和亞硝酸鹽。二氧化氮在氣相狀態下有疊合作用，生成四氧化二氮，它總是與四氧化二氮在一起呈平衡狀態存在。