Закись азота — не только земная молекула. Астрохимические исследования показывают, что N₂O обнаружена в атмосферах планет Солнечной системы, в межзвёздном веществе и в спектрах экзопланет.
Первое астрономическое обнаружение N₂O относится к 1970-м годам, когда инфракрасные спектрометры зафиксировали полосы поглощения молекулы в атмосфере Венеры. Характерные полосы N₂O лежат около 3,9 мкм, 7,8 мкм и 17 мкм — именно в этих диапазонах ведётся поиск молекулы в экзопланетных атмосферах.
Обнаружение N₂O в атмосфере экзопланеты потенциально является биосигнатурой — свидетельством биологической активности. На Земле закись азота производится преимущественно микроорганизмами в ходе азотного цикла. Статистически значимое обнаружение N₂O в сочетании с O₂ и CH₄ стало бы мощным аргументом в пользу наличия жизни на внеземном объекте.
Телескоп Джеймс Уэбб (JWST), запущенный в 2021 году, открыл новую эпоху в поиске биосигнатур. Его спектрограф NIRSpec и прибор MIRI позволяют анализировать атмосферный состав экзопланет в транзитной спектроскопии с беспрецедентной чувствительностью.
В ракетостроении жидкая закись азота используется как окислитель в гибридных ракетных двигателях. Удельный импульс в вакууме составляет около 285 с при использовании пары N₂O/HTPB, что делает её привлекательной для малых носителей и любительской астронавтики. SpaceShipOne и SpaceShipTwo использовали именно этот тип двигателя.
Природное содержание N₂O в газовых туманностях и молекулярных облаках исследуется с помощью радиотелескопов. Молекула имеет характерный вращательный спектр в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах.