In tal modo l’ozono non può più reagire con l’NO (reazione 1) e quindi si accumula negli strati bassi dell’atmosfera. I radicali RO2 e HO2, inoltre, ad elevate concentrazioni di NOx reagiscono per formare i perossiacetilnitrati (tra i quali il più importante è l’acido perossiacetilnitroso o PAN) gli alchilnitrati e gli idroperossidi. I livelli naturali di biossido di azoto oscillano tra 1 e 9 ug/m 3 inoltre le medie annuali nelle città europee non vanno oltre i 40 ug/m3. Nei paesi industrializzati i livelli sono compresi fra 20 e 90 ug/m3. Il biossido di azoto è quattro volte più tossico del monossido; a concentrazioni di circa 13 ppm (circa 4,4 mg/m3) esso procura irritazione alle mucose degli occhi e del naso mentre l’NO può portare alla paralisi del sistema nervoso centrale delle cavie sottoposte per 12 minuti a circa 2500 ppm (circa 3075 mg/m3). Il livello più basso al quale è stato osservato un effetto sulla funzione polmonare nell'uomo dovuto all’esposizione al biossido di azoto, dopo una esposizione di 30 minuti, è pari a 560 µg/m3; per questo l'Organizzazione Mondiale per la Sanità raccomanda per l'NO2 un limite guida di 1 ora pari a 200 µg/m3, ed un limite per la media annua pari a 40 µg/m3. Oltre agli effetti dannosi sulla salute dell’uomo, gli ossidi di azoto producono danni alle piante, riducendo la loro crescita, e ai beni materiali: corrosione dei metalli e scolorimento dei tessuti. Sulle piante, l’esposizione al biossido di azoto induce la comparsa di macchie sulle foglie mentre il monossido rallenta il processo di fotosintesi. Entrambi inoltre contribuiscono alla acidificazione delle precipitazioni con conseguente deterioramento degli edifici e delle opere d’arte.