مهم‌ترین عامل تشکیل اکسیدهای نیتروژن در موتور خودرو، دمای بالای احتراق است. زمانی که دمای محفظه احتراق از حدود ۱۸۰۰ درجه سانتی‌گراد فراتر می‌رود، نیتروژن موجود در هوا با اکسیژن واکنش داده و NO تشکیل می‌شود. هرچه دما و فشار اوج احتراق بیشتر باشد، نرخ تشکیل NOx نیز افزایش می‌یابد. به همین دلیل موتورهایی با نسبت تراکم بالا یا بار کاری زیاد، پتانسیل بیشتری برای تولید این آلاینده دارند.

تشکیل اکسیدهای نیتروژن در موتورهای درون‌سوز از سه مکانیسم اصلی پیروی می‌کند. نخست، NOx حرارتی که مهم‌ترین نوع محسوب می‌شود و در اثر دمای بالای احتراق شکل می‌گیرد. دوم، NOx سوختی که ناشی از وجود ترکیبات نیتروژن‌دار در سوخت، به‌ویژه در موتورهای دیزلی سنگین، است. سوم، NOx سریع یا Prompt NOx که در شرایط غنی از سوخت و در مراحل ابتدایی احتراق ایجاد می‌شود. در خودروهای سواری، سهم NOx حرارتی بسیار غالب‌تر از دو نوع دیگر است.