四氧化二氮在標準狀況下的狀態是液體。四氧化二氮是由二氧化氮疊合而成，其固體和液體及氣體均無色。
隨着溫度升高，二氧化氮增多，顏色加深，由褐色到赤紅色。在大氣壓下，四氧化二氮的沸點爲21.2℃，熔點-11.2℃。密度(20℃)1.446g/cm3。由於四氧化二氮的分子成對稱結構，故較爲穩定。溶於水、二硫化碳等。但其與水只是有限的互溶。0℃時，有含量爲47%和98%(質量)的兩層液體，摻和的臨界溫度爲67℃，此時不再分層，液體中四氧化二氮的含量爲89%(質量)。易與水反應生成等摩爾硝酸和亞硝酸混合物。四氧化二氮能與許多燃料自燃，是一種優良的氧化劑。但它的液態溫度範圍很窄，極易凝固和蒸發。常溫下的四氧化二氮處於不斷汽化的狀態之中。懸浮於空氣中的四氧化二氮減壓立刻分解爲二氧化氮氣體。二氧化氮氣體爲棕紅色，有神經麻醉性毒性。
