Tlenek azotu to najbardziej niebezpieczny element składowy smogu. Toksyczność tlenku azotu jest wielokrotnie wyższa niż tlenku węgla czy też dwutlenku siarki. NO2 charakteryzuje się ostrym zapachem oraz brunatnym zabarwieniem. Tlenek azotu jest najczęstszą przyczyną smogu fotochemicznego w miastach i powstawania zjawiska kwaśnych deszczy. Dopuszczalny średnioroczny poziom stężenia NO2 wynosi 40 µg/m3, aczkolwiek wartość ta jest często przekraczana. Dotyczy to głównie miejsc o dużym natężeniu ruchu samochodów.
Smog fotochemiczny to typ smogu, jaki powstaje w słoneczne dni przy dużym ruchu ulicznym. Mieszanka pyłów zawieszonych wchodzi w reakcję z promieniowaniem słonecznym, czego efektem jest charakterystyczna, brunatna mgła, która może powodować trudności w oddychaniu oraz powodować nieprzyjemne drapanie w gardle. Za smog odpowiedzialny jest wzrost koncentracji tlenków azotu, obecność węglowodorów i spalin samochodowych, które ulegają przemianom fotochemicznym.
Smog fotochemiczny w odróżnieniu od smogu w okresie grzewczym stanowi zagrożenie przez cały rok z tą samą intensywnością. Do pomiarów tlenku azotu służą wielogazowe analizatory emisyjne. Urządzenia te wykorzystywane są do badania jakości powietrza i określania znajdujących się w nim pierwiastków. Często stosowane są w branży przemysłowej do badania emitowanych poziomów zanieczyszczeń oraz w pobliżu ciągów komunikacyjnych.
Unoszący się w powietrzu tlenek azotu działa drażniąco na śluzówki nosa i gardła, podrażnia układ oddechowy i może prowadzić do duszności lub kłucia w klatce piersiowej. Jest szczególnie niebezpieczny dla dzieci oraz osób cierpiących na astmę i przewlekłą chorobę obturacyjną płuc. NO2 może przyczyniać się do powstawania chorób sercowo-naczyniowych i nowotworów.