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질소와 산소에 전기방전 또는 고온을 가하거나, 보다 편리하게는 구리 또는 수은에 묽은 질산을 가하여 만든다.

1620년 벨기에의 과학자 얀 밥티스트 반 헬몬트가 처음 합성했으며, 1772년 영국의 화학자 조지프 프리스틀리는 처음으로 산화질소를 연구하여 질소공기라고 명명했다. 산화질소는 －151.8℃에서 액화되며 －163.6℃에서 응고되는데, 고체·액체 모두 청색을 띤다.

이 기체는 물에 거의 녹지 않으나, 아황산나트륨의 약알칼리성 용액에서는 디니트로소아황산나트륨(Na₂(NO)₂SO₃)이 되면서 빨리 녹는다. 산소와 빠르게 반응하여 이산화질소(NO₂)가 된다. 산화질소는 홀수 개의 전자를 가지고 있는데도 안정한 몇 가지 화합물들 중 하나이다.

따라서 전자 1개를 얻거나 잃어서 NO^－ 또는 NO^＋이온이 되는데, 이들 이온들은 니트로실 화합물에서 볼 수 있으며, 일산화탄소가 전이금속에 배위결합하여 생기는 카르보닐 화합물의 성질과 비슷하다.

히드록실아민을 제조하는 하나의 공업적 방법은 촉매하에서 산화질소와 수소를 반응시키는 것이다. 질산과 수은으로부터 산화질소가 생기는 현상은 질산이나 질산염의 부피분석법에 사용된다.