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纯净的硝酸铵在一般情况下是稳定和安全的，常温常压下，它对于撞击、摩擦及枪击作用较为不敏感，但随着温度的升高及一些杂质的参与作用，硝酸铵的性能会发生变化，从而感度变高，易发生燃烧甚至爆炸事故，这些事故大部分是由硝酸铵的热分解反应放出热量引起的[9, 10]。25205
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人们普遍认为纯净硝酸铵的起始分解是质子从NH4+ 转移到NO3- 生成NH3和HNO3的离解过程，同时生成物质吸附在硝酸铵晶体表面，经解吸/扩散进入气相，并与气相（或气溶胶）NH4NO3建立平衡[11]：论文网
NH4NO3（固态） HNO3+NH3(吸附态)
NH4NO3（气溶胶） （1.3）
同时HNO3继续分解：
4HNO3 4NO2+2H2O+O2 （1.4）
这些反应产物之间相互作用可能生成N2O、N2、NO2、NO等，因此理论上硝酸铵可能发生以下分解反应：
NH4NO3→NH3+ HNO3 （1.5）
NH4NO3→N2O+2H2O （1.6）
NH4NO3→N2+2H2O+1/2 O2 （1.7）
其中反应（1.5）是吸热反应，（1.6）与（1.7）是放热反应。理论上，温度低于150℃时，硝酸铵不会自行发生热分解，这是因为过程的转换存在热障碍，但是实际上在较低温度下硝酸铵也会发生热分解，温度在400℃以上时，反应（1.7）加速进行，呈爆炸式分解[12, 13]。
在不同杂质存在的情况下，反应（1.4）所述HNO3的分解是导致硝酸铵分解的重要原因，该反应在100℃左右便可明显地进行，而且其分解产物NO2可以和硝酸铵发生剧烈反应，甚至爆炸。
研究表明，硝酸铵在150℃以下的分解反应机制为：
NH4NO3→NH3+ HNO3 （1.8）
4HNO3 →4NO2+2H2O+O2 （1.9）
NH4NO3+2NO2→ N2+H2O+2HNO3 （1.10）
一般认为HNO3（NO2）在硝酸铵的分解中充当催化剂，从化学平衡来说，硝酸的加入抑制此分解反应，但是在此温度下，硝酸的分解促进了反应的进行[14, 15]。
Wood等[16]人认为硝酸催化硝酸铵分解的反应机理为：
NH4NO3 →NH3+ HNO3 （1.11）
HNO3+H+→ H2NO3+→ H2O+NO2 （1.12）
NO2+NH3→NH3NO2+→H3O++ NO2 （1.13）
若上述反应与实际相符合，从化学平衡角度来解释，水的增加使反应（1.12）向左移动，则反应（1.11）也向左移动，因此水的增加阻碍硝酸铵的总分解速率。但是此过程中发生了多种反应，反应机理均十分复杂，很难详细而准确地讨论此时的反应机理。