Konfigurace valenční sféry dusíku je 2s2 2p3, na 3 orbitalech p má tři singl elektrony. Pokud je doplní na páry vazbou s atomy s menší elektronedativitou, získá ox.č. -III a konfiguraci 2s2 2p6, tedy oktet. Pokud by měl ox.č. -II, zůstal by mu jeden singl elektron podobně u NO2 a následně by došlo k dimerizaci. To je případ hydrazinu H2N-NH2.
V NO2 je konfigurace dusíku 1s2 2s2 2p5 takže na 2s orbitalu je vazený pár s kyslíkem. Je to vazba sigma, ve které je dusík donorem. Na dvou orbitalech p jsou vazby sigma a pí, s druhým kyslíkem, tedy vazebné páry. Na třetím orbitalu 2p je volný elektron. Volný elektron je silně reaktivní. A když nemá, s čím by reagoval vytvoří vazbu s jinou molekulou NO2. Podobně v průběhu redukce HNO3 může vznikat volný radikál H2N. , který dimeruje na hydrazin.
