Se forma como subproducto en los procesos de combustión a altas temperaturas, como en los vehículos motorizados y las plantas eléctricas.

Sin embargo, las mediciones de aire ambiente han demostrado una reducción del 14 % desde 1988.

El equilibrio es desplazado por las bajas temperaturas o las altas presiones hacia el lado del dímero.

Por irradiación el dióxido de nitrógeno puede liberar un átomo de oxígeno altamente reactivo que da lugar a la formación del ozono troposférico y al fotosmog.

A veces se utiliza como «trampa para radicales», ya que reacciona fácilmente con sustancias orgánicas radicalarias.