N₂O có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp và y tế. Trong công nghiệp, N₂O dùng để sản xuất chất bán dẫn, khí dinitơ monoxide là nguồn oxy cho các hóa chất lắng đọng hơi (CVD) của silic oxynitride (pha tạp hoặc undoped) hoặc silicon. Ngoài ra, N₂O dùng để giám sát chất thải môi trường trong công nghiệp phân tích tạp chất vi lượng, được sử dụng trong các máy ASS, máy phân tích kim loại nặng, được dùng như chất oxy hóa trong tên lửa. Trong y tế, N₂O là một loại khí có chức năng giảm đau và gây mê, hoặc kết với các khí khác thành thuốc gây mê. N₂O tác động lên các tế bào GABA (Gamma Aminobutyric Acid) có chức năng kìm hãm những tế bào thần kinh gây buồn ngủ. Trong thời gian đó, chất khí này cũng đồng thời can thiệp vào quá trình sản sinh ra các tế bào liên lạc thần kinh nội sinh như opioid peptide và serotonin – một loại hoocmon có khả năng tạo ra cảm giác hưng phấn và hạnh phúc. Chính việc giải phóng các tế bào liên lạc thần kinh nội sinh đã kìm hãm sự phát ra cảm giác đau trong não và kích hoạt khả năng giảm đau.