用在大多数地球同步卫星上的轨道维持推进剂，以及许多深太空探测器。现在NASA似乎很可能将继续使用这种氧化剂在新一代的“太空飞行器”上，这将取代太空梭。它也是俄罗斯质子火箭的主要氧化剂。最常见的组合是四氧化二氮/偏二甲肼，苏联的质子号运载火箭和中国的长征二号运载火箭应用的就是这种组合，美国大力神-3运载火箭采用的是四氧化二氮/混肼50。当用在火箭推进剂时，四氧化二氮广泛使用缩写“NTO”。另外，NTO通常添加少量的一氧化氮来使用，来抑制钛合金的应力腐蚀龟裂，并且在这种形式中，推进剂级NTO被称为“氧化氮化