Молекула N2O3 плоская и состоит из фрагментов ON – NO2 c непрочной связью N – N. У атома азота имеется неподеленная пара электронов. Твердый оксид азота (III) – ионное соединение.

Оксид азота (III) N2O3 – крайне неустойчивое соединение и существует только при низких температурах, выше 0 °С оно разлагается. Температура плавления -100 °С, температура кипения -40 °С. В твердом и жидком состоянии окрашен в синий цвет.
Оксид азота (III) – типичный кислотный оксид, взаимодействует с водой с образованием азотистой кислоты:
N2O3 + H2O = 2HNO2.
При взаимодействии со щелочами образуются соли азотной кислоты – нитриты:
N2O3 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O.
NO + NO2 = N2O3.
2HNO3 + As2O3 + 2H2O = 2H2AsO4 + N2O3.
NaNO2 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO2;
2HNO2 = N2O3 + H2O.