Proces ten ma wpływ na fizjologię organizmu, ponieważ tlenek azotu jest aktywnym biologicznie związkiem zaangażowanym m.in. w regulację napięcia mięśniówki gładkiej i co za tym idzie, ciśnienia krwi, regulację agregacji trombocytów oraz sygnalizację komórek naczyń krwionośnych. Nadtlenoazotyn może reagować z innymi związkami tworząc kolejne reaktywne formy azotu takie jak dwutlenek azotu (•NO2) i tritlenek diazotu (N2O3) oraz inne wolne rodniki. Do najważniejszych reakcji z udziałem RFA należą: ONOO− + H+ → ONOOH → •NO2 + •OH ONOO− + CO2 → ONOOCO2− ONOOCO2− → •NO2 + O=C(O•)O− •NO + •NO2 ↔ N2O3
Działanie Nadtlenoazotyn powoduje nitrozylację reszt cysteiny i tyrozyny, co wpływa na strukturę i funkcję białek i może powodować zaburzenie aktywności katalitycznej białek, organizacji cytoszkieletu oraz sygnalizacji komórkowej. ONOO− ma ponadto zdolność do reagowania z wielonasyconymi resztami kwasów tłuszczowych w lipidach, co może zmieniać płynność błony. ONOO− może też reagować z białkami zawierającymi w swojej strukturze metale przejściowe, zatem ma zdolność do modyfikowania funkcji takich białek jak hemoglobina, mioglobina, akonitaza i cytochrom c. Modyfikacja zachodzi poprzez utlenianie Fe2+ do Fe3+. Tlenek azotu w postaci rodnikowej (•NO) ma wpływ na enzymatyczne procesy sygnalizacyjne, m.in.