Beim Einatmen dringt NO2 weit bis in die unteren Atemwege vor. Bei längerer Einwirkung kann NO2 zu chronischer Bronchitis und einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber Atemwegsinfektionen führen ist. Bei Kindern ein erhöhtes Auftreten von Atemwegserkrankungen belegt.
An Pflanzen kann Stickstoffdioxid zu Schädigungen der Blätter oder Nadeln führen. Über die Bildung von Salpetersäure trägt NO2 zur Gewässerversauerung bei. In Biotopen mit nährstoffarmen Böden und entsprechend spezialisierter Vegetation führt der Eintrag von Stickstoff und der damit einhergehenden Überdüngung zu einer gravierenden Veränderung des biologischen Systems. Stickstoffdioxid ist außerdem einer der Grundbausteine für die Bildung von Ozon.
Eine Reduzierung von NO und NO2 in der Atmosphäre kann am wirksamsten durch die Verminderung der Kfz-Abgase z.B. durch Motoren mit geringen Treib-stoffverbrauch, das Nutzen öffentlicher Verkehrsmittel oder schlicht durch das Vermeiden unnötiger Fahrten erreicht werden.