Синтез оксиду азоту(II) здійснюється шляхом деамінування амінокислоти аргініну і забезпечується ферментом NO-синтазою (NOS), що має у ссавців три ізоформи: нейрональна (nNOS), індуцибельна (iNOS) та ендотеліальна (eNOS). nNOS і eNOS експресуються у відповідних типах клітин конститутивно і різко збільшують свою активність у відповідь на зростання концентрації Ca2+. Натомість активація iNOS здійснюється на рівні транскрипції під впливом ендотоксинів або цитокінів запалення, зокрема в таких клітинах як макрофаги та нейтрофіли, і не залежить від цитоплазматичного рівня кальцію.