Ballungsräume und Städte sind erwartungsgemäß aufgrund der dort im Vergleich zum Umland hohen Emissionen von einer stärkeren Luftschadstoffbelastung betroffen. Dabei ist die Belastung nicht im gesamten Gebiet einer Stadt einheitlich. Die höchsten NO2-Konzentrationen werden nahe der Hauptemissionsquelle, an viel befahrenen Straßen, gemessen. Je nach Lage der Messstation werden verkehrsnah NO2-Jahresmittelwerte zwischen 30 und 60 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³), vereinzelt sogar darüber gemessen. Mit zunehmender Entfernung zu verkehrsreichen Straßen verringert sich die NO2-Konzentration in der Luft. Da jedoch neben dem Verkehr weitere Stickstoffoxid (NOX)-Quellen über das gesamte Stadtgebiet verteilt sind, entsteht eine Grundbelastung über dem Stadtgebiet. Diese wird als städtische Hintergrundbelastung bezeichnet und ist typisch für städtische Wohngebiete anzusehen. Hier liegen die NO2-Jahresmittelwerte im Bereich von 10 bis 30 µg/m³. Mit Jahresmittelwerten um 10 µg/m³ wird die deutlich niedrigste NO2-Belastung entfernt von Emissionsquellen in ländlichen Gebieten gemessen. An den Messstationen des Umweltbundesamtes, die weit entfernt von lokalen Schadstoffquellen liegen, um weiträumig und grenzüberschreitend transportierte Luftmassen zu untersuchen, werden NO2-Konzentrationen deutlich unter 10 µg/m³ gemessen.