Також монооксид азоту відіграє роль у функціонуванні імунної системи тварин. Активовані макрофаги та нейтрофіли (а також клітини ендотелію) виробляють його у великих кількостях під час запальних процесів. Разом із NO вони виділяють супероксид-он (O), ці дві сполуки з'єднуючись утворюють дуже токсичний пероксинітрит (OONO−) потрібний для того, щоб вбити поглинуті бактерії. Медичні препарати, що впливають на сигналювання NO