Stickstoffoxid ist ein farbloses, wenig wasserlösliches Gas, das mit Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid reagiert. Stickstoffdioxid ist ein braunes, süßlich riechendes Gas, welches mit Wasser zu Salpetersäure reagiert.
Während NO geruchlos ist, liegt die Geruchsschwelle für NO2 bei ca. 0,9 mg/m3.
Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) entstehen hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Verbrennung durch die Oxidation von Luftstickstoff. An der Schornsteinmündung bzw. am Auspuffrohr liegen die Stickstoffoxide im Allgemeinen zu über 90 % als Stickstoffmonoxid vor, das dann in der Atmosphäre zügig zu Stickstoffdioxid oxidiert wird. Die Stickstoffoxide stammen hauptsächlich aus den Abgasen von Industrie, Gebäudeheizung und Verkehr. Die Emittentengruppe Kfz-Verkehr trägt mit Abstand am meisten zu den Stickstoffoxid-Emissionen bei. Außerhalb der Städte spielen auch biogene Emissionen (durch mikrobiologische Prozesse im Boden) für die Stickstoffoxidbilanz eine nicht zu vernachlässigende Rolle.
Das NO2 wird in der Atmosphäre langsam weiter zu Nitrat (NO3-) aufoxidiert, lagert sich an Aerosole an und wird in der partikelgebundenen Form durch nasse und trockene Deposition aus der Atmosphäre ausgetragen. Die Verweilzeit von NO2 in der Atmosphäre wird in der Literatur mit 5 - 7 Tagen angegeben und ist damit kürzer als die Verweilzeit von SO2 bei trockenem und kaltem Wetter. NO2 selbst wird bei Regen im Gegensatz zu SO2 kaum ausgewaschen.
Die schädigende Wirkung der Stickstoffoxide auf den Menschen ist insbesondere durch die Schädigung der Atemwege bedingt. Bei längerer Einwirkung können höhere Konzentrationen der Stickstoffoxide zu chronischer Bronchitis oder auch zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber Atemwegsinfektionen führen. Daneben besitzen die Stickstoffoxide auch pflanzentoxische Wirkungen; so schädigen sie beispielsweise bei Bäumen die Oberschicht von Blättern und Nadeln. Das Auftreten der heutigen Waldschäden wird u. a. mit dem umfangreichen Eintrag von Schadstoffen, darunter auch dem von Stickstoffoxiden, in Verbindung gebracht. Der saure Regen, der zu einem großen Teil auf Stickstoffoxide zurückgeht, trägt zur Boden- sowie zur Gewässerversauerung bei und greift Gestein und Metall von Bauwerken an.
Darüber hinaus hat die Stickstoffoxidbelastung der Atmosphäre für zwei weitere Problemkomplexe ebenfalls entscheidende Bedeutung: Stickstoffoxide und reaktive Kohlenwasserstoffe sind zusammen mit Sonnenstrahlung die Reaktionspartner für die photochemische Ozonbildung; Maßnahmen zur Minderung der Stickstoffoxidemissionen tragen demnach auch zur Verringerung des Sommersmogproblems bei. Außerdem ist der derzeitige Stickstoffeintrag aus der Atmosphäre in schützenswerte Biotope auf stickstoffarmen Böden (Heide, Moor, Magerrasen) ein Problem, weil die dabei stattfindende Überdüngung die Flora gravierend verändern kann; so droht beispielsweise die Lüneburger Heide zu vergrasen.
In der Verordnung über Immissionswerte (22. BImSchV) werden für Stickstoffdioxid folgende Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben:
1-h Wert: 200 µg/m3 (zulässige Überschreitungshäufigkeit pro Jahr: 18-mal) Jahresmittel: 40 µg/m3.