使用在非常有限的范围内作为S-Stoff（发烟硝酸）的添加剂。到20世纪50年代末，它成为美国和苏联许多火箭可储氧化剂的选择。它是一种与联氨系列火箭燃料相结合的自燃推进剂。四氧化二氮可以与许多火箭燃料组成双组元自燃推进剂：四氧化二氮/混肼、四氧化二氮/偏二甲肼、四氧化二氮/一甲基肼等。这种组合最早的用途之一，本来是用在洲际弹导飞弹(ICBM)的泰坦系列火箭以便快速发射，之后弹道飞弹更换为固态燃料，改而在许多太空船的发射载具的火箭燃料出现，液氧煤油成为主流后继续用在美国双子座和阿波罗太空船以及太空梭等轨道