FXeONO2は白色の結晶を呈する[3]。結晶構造は、空間群P21/c、単斜晶系に属し、a = 4.6663 Å, b = 8.799 Å c = 9.415 Å、β = 90.325°の単位格子[3]は、合計で386.6 Å3の体積を占める4分子を含む。-173 ℃において、分子量は212.3であり、密度は3.648である[3]。
分子中の結合長はXe-Fが1.992 Å、Xe-Oが2.126 Å、O-NO2が1.36 Å、N-Ocisが1.199 Å、N-Otransが1.224 Åである[3]。結合角は、F-Xe-Oが177.6°、Xe-O-Nが114.7°、(Xe)O-N-Ocisが114.5°、(Xe)O-N-Otransが118.4°、Ocis-N-Otransが127.1°である[3]。これらの結合長と結合角の値は、FXeOSO2FやFXeOTeF5の値に近く、酸素原子の極性による結合を示している。Xe-O-Nの結合角はハロゲン硝酸塩中の結合角よりも大きく、これはXe-O結合の低い結合密度を示している。N-Ocisの結合長は、他のハロゲン硝酸塩とは異なりN-Otransの結合長よりも長い[3]。
FXeONO2は安定ではなく、-78 ℃においては緩やかに分解し、XeF2-N2O4を生成する。この分解は数日にわたって進む[3]。0 ℃においては、FXeONO2の半減期は7時間であり、XeF2へ分解する[3]。