Il a été utilisé au XIXe siècle pour la conservation de la viande.
L'électron non-apparié du dioxyde d'azote en fait un oxydant et un poison assez violent : son inhalation donne une réaction instantanée avec l'eau de la muqueuse interne des poumons, conduisant à la production d'acide nitrique.
Les moteurs diesel comptent parmi les premières sources d'émission de ce gaz. Les cartes satellitaires de la pollution par NO2 montrent 3 foyers principaux comme sources, mais aussi que les routes des navires marchands et de guerre sont tracées par le NO2, notamment en Mer Rouge et dans l'Océan Indien entre la pointe sud de l’Inde et l’Indonésie. Au-dessus de la mer, le taux d'UV est augmenté et les moteurs marins n'ont pas bénéficié des progrès de l'automobile. Leur fioul est de plus de mauvaise qualité.
Le charbon actif adsorbe très efficacement NO2, tant qu'il n'est pas saturé. L'évaluation des taux de dioxyde d'azote se fait grâce à des capteurs spécifiques.