一氧化氮起着信使分子的作用。当内皮要向肌肉发出放松指令以促进血液流通时，它就会产生一些一氧化氮分子，这些分子很小，能很容易地穿过细胞膜。血管周围的平滑肌细胞接收信号后舒张，使血管扩张。一氧化氮也能在神经系统的细胞中发挥作用。它对周围神经末梢所起的作用，正是西地那非功能的基础。大脑通过周围神经发出信息，向会阴部的血管提供相应的一氧化氮，引起血管的扩张，增加血流量，从而增强勃起功能。在一些情况下，勃起无力是由于神经末梢产生的一氧化氮较少所致。西地那非能扩大一氧化氮的效能，从而增强勃起功能。免疫系统产生的一氧化氮分子，不仅能抗击侵入人体的微生物，而且还能够在一定程度上阻止癌细胞的繁殖，阻止肿瘤细胞扩散。
在心血管中，一氧化氮对维持血管张力的恒定与调节血压稳定起着重要作用。硝酸甘油治疗心绞痛正是由于其在体内转化成NO，扩张血管。
在免疫系统中，NO起杀伤细菌、病毒、肿瘤细胞的作用。
在神经系统中，一氧化氮促进学习、记忆过程，并可调节脑血流