N2O4 ===可逆===2NO2所以四氧化二氮跟水反應實質就是NO2跟水反應，如下3N2O4 +2H2O=2NO +4HNO3四氧化二氮，分子式為N2O4，無色的氣體，強氧化劑，為重要的火箭推進劑之一。
N2O4是由二氧化氮疊合而成，其固體和液體及氣體均無色。隨着温度升高，二氧化氮增多，顏色加深，由褐色到赤紅色。
在大氣壓下，N2O4的沸點為21.2℃，熔點-11.2℃液體N2O4的密度在-10℃時為1.512kg/m3。由於N2O4的分子成對稱結構，故較為穩定，溶於水、二硫化碳等。但其與水只是有限的互溶，0℃時，有含量為47%和98%（質量）的兩層液體，摻和的臨界温度為67℃，此時不再分層，液體中N2O4的含量為89%（質量）。
四氧化二氮與二氧化氮按下面的方程式相互轉化： N2O4 ==2NO2 （可逆），當温度升高時，反應向生成二氧化氮的方向進行所以實際上四氧化二氮成品都是與二氧化氮的平衡態混合物。
四氧化二氮與水反應生成硝酸和亞硝酸： N2O4 + H2O ==HNO2 + HNO3 ，工業上製取四氧化二氮的方法是氨的催化氧化。
四氧化二氮易分解為二氧化氮為紅棕色的氣體，具有神經麻醉的毒性。易與水反應生成等摩爾硝酸和亞硝酸混合物。當温度升高，亞硝酸分解為硝酸和氧化氮。是強氧化劑。
四氧化二氮與氨混合，在低温下發生爆炸。N2O4與許多有機溶劑如酯、醚、酮、腈形成分子加合物。液體N2O4腐蝕某些金屬(鹼金屬、鹼土金屬、鋅、鎘和汞等)，生成金屬鹽，放出一氧化氮。
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