NO2 là một phân tử phân cực. Hình học của phân tử bị bẻ cong do một cặp electron không liên kết. Hình dạng uốn cong gây ra phân cực.
Sự phân cực phát sinh từ sự khác biệt về độ âm điện. Ôxy có độ âm điện lớn hơn nitơ và kéo các điện tử từ các liên kết lại gần nhau hơn. Chúng được phân bố không đồng đều. Do đó, liên kết N-O có cực với cực âm oxy và cực dương nitơ.
Nếu phân tử NO2 là tuyến tính, các liên kết phân cực sẽ đối nghịch nhau và phân tử sẽ không phân cực. Thay vào đó, một cặp electron không liên kết nằm trên nitơ. Các cặp electron đẩy lùi các liên kết và làm biến dạng phân tử thành dạng hình học bị uốn cong. Các liên kết phân cực không phủ định nhau, làm cho phân tử có cực.
