二氧化氮 (NO2)在21.1℃温度时为棕红色刺鼻气体。常温下化学性质较稳定。

二氧化氮加压时很容易聚合。通常情况下与其二聚体形式--四氧化二氮 (无色抗磁性气体)混合存在，构成一种平衡态混合物:二氧化氮转化成四氧化二氮放热。升高温度，平衡向二氧化氮生成的方向移动;降低温度，平衡向四氧化二氮生成的方向移动。

二氧化氮溶于水并与水反应生成硝酸或硝酸和一氧化氮。但二氧化氮溶于水后并不会完全反应所以会有少量二氧化氮分子存在，为黄色。由于硝酸同时会分解，所以可以看作可逆反应。因二氧化氮溶于水后还生成一氧化氮，所以不是硝酸的酸酐。

二氧化氮可以直接被过氧化钠吸收 ，生成硝酸钠:

其他复分解反应

也可以被氢氧化钠吸收(发生的是歧化反应):

若和一氧化氮一起被吸收，则发生归中反应:

和金属氧化物可以发生反应生成无水硝酸盐和一氧化氮:

二氧化氮中氮元素化合价为+4，有氧化性。

二氧化氮可以和氧气一样支持某些金属和非金属的燃烧:(现象:固体在红棕色气体中继续燃烧，发出耀眼的光芒，气体的红棕色逐渐褪去)

例如与氨气反应: