四氧化二氮能與許多燃料自燃，是一種優(yōu)良的氧化劑。但它的液態(tài)溫度范圍很窄，極易凝固和蒸發(fā)。常溫下的四氧化二氮處于不斷汽化的狀態(tài)之中。懸浮于空氣中的四氧化二氮減壓立刻分解為二氧化氮氣體。二氧化氮氣體為棕紅色，有神經麻醉性毒性。

四氧化二氮是最重要的火箭推進劑之一。因為比較容易保持在液態(tài)，它主要用于組成可貯存液體推進劑。四氧化二氮在早期的液體燃料洲際導彈（洲際導彈必須能夠隨時發(fā)射，其推進劑要求可以長期貯存而不是臨時加注）中被廣泛應用，如美國的大力神式洲際導彈。四氧化二氮可以與許多火箭燃料組成雙組元自燃推進劑：四氧化二氮/混肼、四氧化二氮/偏二甲肼、四氧化二氮/一甲基肼等。最常見的組合是四氧化二氮/偏二甲肼，蘇聯(lián)的質子號運載火箭和中國的長征二號運載火箭應用的就是這種組合。美國大力神-3運載火箭采用的是四氧化二氮/混肼50

用作制造硝酸、無水金屬鹽和硝基配位絡合物的原料。在有機化學中用作氧化劑、硝化劑和丙烯酸酯聚合的抑制劑。在軍事工業(yè)中，用作制取炸藥。

純N?O?無色，在常溫下部分離解為NO?，為紅棕色液體。沸點21.15℃。凝固點-11.23℃。密度(20℃)1.446g/cm3。屬強氧化劑，與胺、肼等接觸能自燃。從直接合成法生產濃硝酸的流程中取得氣體NO?，進行冷凝和蒸餾后制得液體N?O?。為最常用的可貯存氧化劑之一，常與肼類燃料組成雙組元液體推進劑，用于發(fā)射通訊衛(wèi)星、戰(zhàn)略導彈等的運載火箭中。