Axit nitric khan tinh khiết (100%) là một chất lỏng với tỷ trọng khoảng 1522 kg/m3, đông đặc ở nhiệt độ –42 °C tạo thành các tinh thể trắng, sôi ở nhiệt độ 83 °C. Khi sôi trong ánh sáng, kể cả tại nhiệt độ trong phòng, sẽ xảy ra một sự phân hủy một phần với sự tạo ra nitơ đioxit theo phản ứng sau:
4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2 (72 °C)
Điều này có nghĩa axit nitric khan nên được cất chứa ở nhiệt độ dưới 0 °C để tránh bị phân hủy. Chất nitơ đioxit (NO2) vẫn hòa tan trong axit nitric tạo cho nó có màu vàng, hoặc đỏ ở nhiệt độ cao hơn. Trong khi axit tinh khiết có xu hướng bốc khói trắng khi để ra không khí, axit với nitơ đioxit bốc khói hơi có màu nâu hơi đỏ cho nên mới có tên axit bốc khói trắng và axit bốc khói đỏ như nêu trên. [cần dẫn nguồn]
Axit nitric có thể pha trộn với nước với bất kỳ tỷ lệ nào và khi chưng cất tạo ra một azeotrope một nồng độ 68% HNO3 và có nhiệt độ sôi ở 120,5 °C tại áp suất 1 atm. Có hai chất hydrat được biết đến; monohydrat (HNO3·H2O) và trihydrat (HNO3·3H2O).
Ôxít nitơ (NOx) tan được trong axit nitric và đặc điểm này ảnh hưởng ít nhiều đến tất cả các đặc trưng lý tính phụ thuộc vào nồng độ của các oxit này, chủ yếu bao gồm áp suất hơi trên chất lỏng và nhiệt độ sôi cũng như màu sắc được đề cập ở trên. Axit nitric bị phân hủy khi có nhiệt độ cao hoặc ánh sáng với nồng độ tăng lên mà điều này có thể làm tăng lên sự biến đổi tương đối áp suất hơi trên bề mặt chất lỏng do các oxit nitơ tạo ra một phần hoặc toàn bộ trong axit.