Основними реакціями утворення оксидів азоту є запропонована М.М. Семеновим і розроблена Я.Б. Зельдовичем ланцюгова реакція процесу оксидації:

Установлено, що утворення оксиду азоту не залежить від хімічної природи палива, а визначається виключно температурою полум’я і не пов’язане безпосередньо з реакцією горіння (1500 К). Оксид азоту утворюється після закінчення горіння палива. Кінцевий вихід оксиду азоту залежить не від кінетики утворення NO, а від розкладання його під час охолодження. Він значною мірою визначається також складом горючої суміші: у будній суміші кількість NO зумовлюється насамперед найбільшою температурою полум’я, у багатий – розкладання NO під час охолодження. Оксид азоту під час розширення не розкладається, а «заморожується» на самому рівні.

На концентрацію NO_x впливають:

• коефіцієнт надлишку повітря; найбільша концентрація спостерігається при a=1.07, тобто при a, дещо більшому від стехіометричного.У дуже багатих і повітряно бідних сумішах вихід NO_x різко знижується: у першому випадку внаслідок недостатньої кількості кисню в продуктах згоряння, у другому – через пониження найбільших температур циклу;
• кут випередження запалення: із зменшенням цього кута температура циклу знижується, що спричиняє зниження концентрації NO_x;
• кут перекриття клапанів, із збільшенням якого більше відпрацьованих газів потрапляє в камеру згоряння, знижуючи цим самим найбільшу температуру циклу і, отже, вихід NO_x;
• ступінь стискання, підвищення якого призводить до зростання максимальної температури і виходу NO_x;
• наявність відкладень і підвищення температури охолоджувальної рідини також призводить до зростання виходу NO_x;
• концентрація NO_x залежно від навантаження визначається значеннями коефіцієнта надлишку повітря і температури циклу (із збільшенням навантаження вихід NO_x зростає).

Концентрація NO_x значною мірою визначається режимами роботи двигуна та його типом.