二氧化氮在标准状况下是黄褐色液态，只有当气温达到21摄氏度以上时，二氧化氮才会慢慢变为气体，有刺鼻气味，易溶于水，溶于水部分生成硝酸和一氧化氮。

二氧化氮是氮氧化物之一，二氧化氮吸入后对肺组织具有强烈的刺激性和腐蚀性，作为氮氧化物之一的二氧化氮，是工业合成硝酸的中间产物，也是一种主要的大气污染物。