二氧化氮是大π键结构的典型分子。大π键含有四个电子，其中两个进入成键π轨道，两个进入非键轨道。二氧化氮分子是V形分子、极性分子。 二氧化氮分子结构
判断NO2分子的结构
在NO2分子中，N周围的价电子数为5，根据价层电子对互斥理论（VSEPR理论），氧原子不提供电子，因此，中心氮原子的价电子总数为5，相当于三对电子对.。其中有两对是成键电子对，一个成单电子当作一对孤电子对[4] 。NO2中的氮原子采取了sp2杂化方式。其中，一个sp2杂化轨道被氮原子占据，另外两个sp2杂化轨道分别与氧原子的p轨道形成σ键。未参与杂化的p轨道与另一个氧原子的p轨道形成π键。因此，NO2的空间构型为平面三角形，其中氮原子为sp2杂化，且具有一个空的p轨道，分子的结构为V字形，sp2杂化轨道间为120度[5][6][7] 。
二氧化氮分子结构
当温度高于150℃时开始分解，到650℃时完全分解为一氧化氮和氧气。与水反应生成硝酸和一氧化氮；与浓硫酸反应生成亚硝基硫酸，与碱反应生成等摩尔硝酸盐和亚硝酸盐。二氧化氮在气相状态下有叠合作用，生成四氧化二氮，它总是与四氧化二氮在一起呈平衡状态存在。
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。 二氧化氮和四氧化二氮
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。