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氮气是非金属，其电负性为3.04，氮原子的外层有5个电子，因此它在绝大多数化合物中都是三价的，分子氮气（n2）的叁键是最强的化学键之一，导致将n2转化为其他氮化合物非常困难，而较容易将化合物形态的氮元素转化为氮单质，后者的转化通常伴有大量能量释放，在自然和人类经济活动中占有重要的地位。
在1个大气压下，分子氮在77k（−195.79°c）时凝结（液化），在63k（−210.01°c）时凝固[1]成为β相的六方密积结构的晶体形态的同素异形体，在35.4k（−237.6°c）以下，氮被认为是立方晶体形态的同素异形体（被称为α相），液氮是像水一样的流体，但仅有水密度的80.8% （液氮在其沸点时的密度是0.808g/ml），是常用的制冷剂。
氮气的不稳定的同素异形体包含有多于2个氮原子（比如n3和n4），可以在实验室中制得，在利用金刚石对顶砧得到的极端高压（110多万atm）和高温（2000k）下，氮被聚合成单键的立方偏转的晶体结构，这种结构于钻石的结构类似，都具有很强的共价键，因此n4的别名为“氮钻石”。
其他的被预测出得氮的同素异形体有六氮苯（n6，类似于苯）和八氮立方烷（n8，类似于立方烷），前者被预言为高度不稳定，而后者被推测因为轨道对称的原因会动力学稳定。
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