氮气的这种高度化学稳定性与其分子结构有关，2个N原子以叁键结合成为氮气分子，包含1个σ键和2个π键，因为在化学反应中受到攻击的是π键，而在N₂分子中π键的能级比σ键低，打开π键困难，因而使N₂难以参与化学反应。
氮分子中的两个氮原子之间形成一条σ键和两个π键。与类似的CO、C2H4等分子相比，N2的成键分子轨道σ2p（-15.59 eV）和π2p（-16.73 eV）能量比较低，反键分子轨道π*2p（8.17 eV）能量比较高，不但难以接受电子也不易给出电子，具有较强的稳定性，离解能高达945 kJ/mol，即使在3273 K时也不分解
健康危害
空气中氮气含量过高，使吸入气氧分压下降，引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不太高时，患者初感胸闷、气短、疲软无力；继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳，称之为“氮酩酊”，可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度，患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
潜水员深潜时，可发生氮的麻醉作用；若从高压环境下过快转入常压环境，体内会形成氮气气泡，压迫神经、血管或造成微血管阻塞，发生“减压病”。