三氧化氮，或者说硝酸根自由基，是一种化学式为NO3的氮氧化物，由三个氧原子与一个氮原子分别以共价键相连接形成。这种高度不稳定的蓝色化合物尚未以纯品形式被分离出来，但是可以在气相、液相或固相系统中作为一种短暂寿命的组分产生并被检测到。

1881-1882年，Hautefeuille和Chappuis假设了NO3自由基的存在，以解释空气在无声放电下的吸收光谱。

电中性的NO3分子似乎是平面形的，具有三重旋转轴对称性（D3h点群）；或者可能是三个Y形分子之间的共振杂化体。

NO3自由基不与水直接反应，与孤立原子和其他自由基相反，对封闭价层的分子相对不活泼。它被特定波长的光分解成一氧化氮NO和氧O2。

对于波长在500~680nm左右的光，NO3的吸收光谱具有宽的吸收带，在590, 662, 623nm处可见三个显著的吸收峰。在640-680nm范围内的吸收不会导致解离，而是产生荧光：特定地，在604.4nm被激发后发射从605到800nm的荧光，在661.8nm被激发后发射从662到800nm的荧光。在水溶液中，另一个吸收带出现在330nm左右（紫外）。 产生激发态NO3*可以通过波长小于595nm的光子来实现。

三氧化氮可通过在气相中二氧化氮与臭氧的反应来制备：

NO2+O3→NO3+O2

这个反应也可以在固相或水溶液中进行，可用辐照冷冻气体混合物、硝酸盐或硝酸的闪光光解或辐解以及其他几种方法。

三氧化氮也是五氧化二氮N2O5，硝酸氯ClONO2和过氧硝酸HO2NO2及其盐的光解产物。

N2O5→NO2+NO3

2ClONO2→Cl2+2NO3