氧化亚氮在常温常压下为稍有甜味的无色无臭麻醉性气体，液化后也是无色。物理性质和CO2非常相似。液体氧化亚氮在20℃有约5MPa的饱和蒸气压，当把氧化亚氮从喷嘴喷射绝热冷却时能变固体干冰。氧化亚氮在常温比较稳定，但是加热到300℃以上时开始分解， 500℃时分解明显，900℃时完全分解成氮和氧。空气中不燃烧，但能助燃。氧化亚氮性质较稳定，不与水、酸和碱溶液反应，与氧气混合也不生成危险的二氧化氮。与O2、O3、H2、卤素、碱金属、PH3、H2S、王水不起反应。高温时它是强氧化剂。与金属、碳、硫磺激烈反应。在碱金属的沸点与其作用生成其亚硝酸盐。与可燃性气体形成爆炸性气体，把氢、氨、一氧化碳及其它某些易燃物和一氧化二氮的混合物加热时可发生爆炸。在300℃以上温度可氧化有机物。氧化亚氮在0℃，101.325kPa时的溶解度为:水-67.5ml/100ml，甲醇-332ml/100ml，乙醇-299ml/100ml，丙酮-603ml/100ml。氧化亚氮主要应用于牙科、外科、妇产科的镇痛麻醉气体，探漏，制冷剂，助燃剂，防腐剂，化工原料，原子吸收光谱用气，半导体制造用平衡气、氧化、化学气相淀积、标准气，医疗气，烟雾喷射剂，真空和带压检漏。