Nitroyhdiste, mikä tahansa kemiallisten yhdisteiden perheeseen kuuluva yhdiste, jonka molekyylirakenteeseen kuuluu nitroryhmä (-O-N=O). Yleisimpiä esimerkkejä ovat orgaaniset aineet, joissa hiiliatomi on sitoutunut kovalenttisella sidoksella nitro-ryhmän typpiatomiin. Nitroyhdisteet ovat polaarisia, ja ne, joissa ei ole muita kemiallisesti reaktiivisia ryhmiä, ovat värittömiä tai vaaleankeltaisia nesteitä, jotka liukenevat vain vähän veteen. Monia nitroyhdisteitä valmistetaan kaupallisesti räjähdysaineiksi, liuottimiksi tai kemiallisiksi välituotteiksi (aineet, joita arvostetaan raaka-aineina kemiallisessa jatkojalostuksessa).
Nitroyhdiste valmistetaan tavallisesti typpihapon ja orgaanisen yhdisteen välisellä reaktiolla, jota kutsutaan nitraatioksi. Aromaattisten yhdisteiden, kuten bentseenin tai tolueenin, nitraatio tapahtuu yleensä käsittelemällä niitä typpi- ja rikkihapon seoksella 100 °C:n tai sitä alhaisemmissa lämpötiloissa. Nämä lämpötilat eivät riitä alifaattisten yhdisteiden nitrointiin; propaani kuitenkin muunnetaan kaupallisesti nitrometaanin, nitroetaanin, 1-nitropropaanin ja 2-nitropropaanin seokseksi antamalla sen reagoida typpihappohöyryjen kanssa noin 400 °C:n lämpötiloissa. Seos erotetaan sen jälkeen komponentteihinsa fraktiotislaamalla.
Aromaattisten nitroyhdisteiden tärkein reaktio on niiden pelkistäminen, joka voidaan saada aikaan monenlaisten aineiden avulla. Happamissa olosuhteissa pelkistyminen tuottaa lähes aina amiinia. Neutraaleissa väliaineissa pelkistyminen voi tuottaa hydroksyyliamiinia. Emäksisessä liuoksessa muodostuu yhdisteitä, jotka sisältävät typpi-typpi-sidoksia (atso-, hydratso- tai atsoksiyhdisteitä).