При температурі 140 °C діоксид азоту складається тільки з молекул NO2, він дуже темного, майже чорного кольору. Структура Молекула NO2 має вигнуту будову із кутом O-N-O у 134,1°. Відстань N-O складає 1,193 Å. Отримання Промислове отримання оксиду NO2 пролягає в окисненні повітрям аміаку та продукту реакції — оксиду NO: У лабораторії NO2 зазвичай отримують дією концентрованої нітратної кислоти на мідь: