1、聚合反应
二氧化氮常温下性质稳定，在温度为273K至413K时易聚合形成四氧化二氮，故体系一般为二氧化氮与四氧化二氮的平衡混合物。当温度超过413K时，体系中则全为二氧化氮。
2、分解反应
二氧化氮在温度大于423K时会发生分解反应，分解为氧化氮与氧气。