一氧化氮為雙原子分子，分子構型為直線形。一氧化氮中，氮與氧之間形成一個σ鍵、一個2電子π鍵與一個3電子π鍵。氮氧之間鍵級為2.5，氮與氧各有一對孤對電子。有11個價電子，是奇電子分子，具有順磁性。反鍵軌道上(π2p*)1易失去生成亞硝酰陽離子NO 。