二氧化镎为黄绿色至褐绿色的粉末,呈萤石型结晶结构,晶格常数a=5.434 Å(1 Å = 0.1 nm),密度为11.11 g/cm³。这种物质不溶于水,可溶于浓酸,并且可以在含有少量氟离子的热硝酸中溶解。溴酸钾等氧化剂也能促进其溶解。它是镎氧化物中最稳定的类型。
在空气中进行氧化反应时,在300~400℃下可以得到暗褐色的八氧化三镎(与U₃O₈同晶型),但Np₃O₈在500℃以上会分解为二氧化镎(NpO₂)。据报道,Np-O系列中还存在五氧化二镎(Np₂O₅,单斜晶系、暗褐色),但这些物相之间的平衡关系尚不明确。