氮氧化物主要是在高溫條件下，由於氮氣和氧氣的反應而產生的。
在燃燒過程中，空氣中的氮氣與氧氣發生反應，可以生成不同形式的氮氧化物，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、以及其他幾種化合物如三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)。這些化合物大多數難溶於水，其中NO2是主要的空氣污染物。氮氧化物的產生不僅限於燃燒過程，例如在工業過程中，如硝酸、氮肥、火藥等硝酸鹽工業排放的廢氣，以及有機合成、石油高溫裂解等工業過程也會產生氮氧化物。
此外，農業活動中的某些過程，如化肥的使用和農作物的露天燃燒，也會產生氮氧化物。在自然環境中，生物圈中氨的氧化、生物質的燃燒、土壤的排出物、閃電的形成物和平流層進入物等過程也會產生氮氧化物。