Nitơ dioxide có khối lượng phân tử 46,0055 g/mol, khiến cho nó nặng hơn không khí với khối lượng phân tử trung bình là 28,8. Độ dài liên kết giữa các nguyên tử nitơ và nguyên tử oxy là 119,7 pm. Chiều dài liên kết này là phù hợp với bậc liên kết giữa 1 và 2.

Nitơ dioxide phản ứng với nước theo phương trình: