氮（N）最外层有5个价电子，具有相对复杂的电子结构，所以其原子间可能成键方式有多种。对氮气（N₂）施加足够大的压力，会破坏氮分子中的叁键，从而发生双原子结构到多原子构成的小分子和双原子结构到共价聚合体系的相变，前者形成d的是氮簇型全氮化合物（如N₄四面体、六氮杂苯、八氮杂立方烷、N₂₀、N₆₀等）或离子型全氮化合物（如N₅⁺AsF₆^－中的氮五阳离子或叠氮化合物中叠氮阴离子），后者形成聚合氮。

聚合氮能量远高于现用的炸药，计算显示立方偏转晶体结构的聚合氮（Cg-N）密度为3.9克/厘米³，爆速为30千米/秒，爆压为660吉帕，比冲为516秒，能量是奥克托金（HMX）的10.6倍。聚合氮的超高能量像全氮化合物一样，来自氮氮单键、双键和三键之间的平均键能差。氮氮单键的平均键能为159焦/摩，氮氮双键的平均键能为419千焦/摩，而氮氮三键的平均键能为946千焦/摩，高于氮氮双键的两倍，远高于氮氮单键能的三倍，因此由单键或双键组成的全氮化合物分解为三键的氮气时伴随着巨大的能量释放。

对于聚合氮，理论科学家提出了链状结构、层状结构和三位空间网状结构等多种模型聚合氮。实验研究能够合成和检测到聚合氮主要有层状结构的无定形结构聚合氮、晶体结构的聚合氮（Cg-N）和聚合氮合金。无定形固体氮首先在2000年在100～240吉帕、温度100～300开通过压缩氮气制得，制得的黑色无定形聚合氮通过逐渐降压实验研究发现它在10开至175开、10～20吉帕保持相对稳定，在常压下没有得到非分子相的固体氮。晶体结构的聚合氮（Cg-N）首先在2004年在2000开、110吉帕（1.1×10⁶atm）下直接从氮气合成制得，具有立方偏转的晶体结构，三个相邻原子间以共价单键形成的聚合氮形式存在，因为与金刚石（晶胞中有四个碳原子）的结构相似，Cg-N也称作氮金刚石（nitrogen diamond），它能保持稳定的温度和压力比无定形结构聚合氮更高。聚合氮合金首先美国陆军研究实验室（ARL）研究人员在2008年首先制得，他们在83吉帕、室温条件下制备出2:1的N₂/H₂聚合氮合金，该合金能够在0.5吉帕时维持6个月以上，化学成分没有任何的变化。聚合氮合金的制备比Cg-N制备压力和温度都大为降低，它为聚合氮的探索和制备提供了一种新思路。