氮分子中的兩個氮原子之間形成一條σ鍵和兩個π鍵。與類似的CO、C2H4等分子相比，N2的成鍵分子軌道σ2p（-15.59 eV）和π2p（-16.73 eV）能量比較低，反鍵分子軌道π*2p（8.17 eV）能量比較高，不但難以接受電子也不易給出電子，具有較強的穩(wěn)定性，離解能高達945 kJ/mol，即使在3273 K時也不分解

氮氣是一種有惰性的氣體，一般不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但在一定條件下，氮可與堿金屬或堿土金屬反應(yīng)，相當于在氮分子的反鍵分子軌道上填充一個電子，金屬的給電子能力越強，反應(yīng)越易進行。如，在常溫下鋰可與氮直接反應(yīng)，而鈣需要加熱到一定條件才能于氮氣反應(yīng)：


ⅢA和ⅣA族的一些元素在加熱條件下能與氮氣反應(yīng)：


在高溫、高壓和催化劑存在的條件下，氮能與氫反應(yīng)生成氨：

該方法是以壓縮空氣為原料，一般以分子篩為吸附劑，在一定的壓力下，利用空氣中氧氣和氮氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異，在一定時間內(nèi)氧在吸附相富集，氮在氣體相富集，實現(xiàn)氧、氮分離；而卸壓后分子篩吸附劑解析再生，循環(huán)使用。 [3]吸附劑除了分子篩之外，還可應(yīng)用活性氧化鋁、硅膠等。

2、高純氮氣在金屬熔鑄工藝中被用于對金屬熔體精煉處理，以提高鑄坯質(zhì)量，例如以高純氮氣為主摻合部分氫、氣在銅加工中作為光亮退火熱處理的保護性氣體，它有效地防止銅材的高溫氧化，保持銅材表面的光亮，廢除了酸洗工序。以氮氣為基本的木炭爐煤氣（其成分為：64.1%N2，34.7%CO，1.2%H2和少量CO2）在銅熔鑄時作為保護性氣體，使銅熔體在澆鑄面免受氧化，了產(chǎn)品質(zhì)量。
3、生產(chǎn)的氮氣大約10%用作制冷劑，主要包括：通常軟的或類似橡膠物質(zhì)的凝固磨碎、低溫加工橡膠、工程技術(shù)部件的冷縮配合和安裝、生物標本，如血液的的保存、在運輸中制冷等。
4、氮氣可用于合成一氧化氮或二氧化氮，以此來制造硝酸，這種制造方法純度高且價格較為低廉。此外氮氣還可用于合成氨及金屬氮化物等