Le protoxyde d'azote médicinal est utilisé comme agent anesthésique et analgésique.
Il agit en synergie lorsqu'il est combiné à des anesthésiques inhalés ou intraveineux.
Il présente des effets très mineurs sur la respiration et la circulation au cours de l'anesthésie. La respiration spontanée est relativement mieux préservée quand l’anesthésie est assurée par la combinaison de protoxyde d'azote médicinal et d’un anesthésique utilisé habituellement, par rapport à l’anesthésie induite par l'anesthésique seul.
Une prise et une élimination rapides combinées à une capacité à maintenir une respiration spontanée soutenue permettent un réveil plus rapide quand un autre anesthésique inhalé a été combiné au protoxyde d'azote médicinal que lorsque l'anesthésique inhalé est utilisé seul.