Le NO2 pénètre profondément dans les voies respiratoires. Des expositions prolongées peuvent conduire à des bronchites chroniques ainsi qu'à une sensibilité plus élevée aux infections des voies respiratoires. Chez les enfants, il a été constaté une augmentation des maladies des voies respiratoires. Le dioxyde d'azote peut endommager les feuilles et les aiguilles des plantes.
A travers la formation de l'acide nitrique, le NO2 contribue à l'acidification des eaux.
Dans des biotopes aux sols pauvres en substances nutritives et avec une végétation particulière, l'apport d'azote et la fertilisation en excès qui en résulte conduisent à de graves modifications des systèmes biologiques.
Les oxydes d'azote sont des précurseurs de l'ozone. Une baisse des niveaux de NO et NO2 dans l'atmosphère peut être obtenue de manière efficace en réduisant les gaz d'échappement : utilisation de moteurs à faible consommation d'énergie, utilisation des transports publics ou tout simplement suppression des trajets en voiture inutiles.