O nitrometano é aplicado como combustível em carros de corrida, foguetes e aeromodelos. O oxigênio contido no nitrometano permite uma queima muitomenor de ar (oxigênio) atmosférico em comparação com outros hidrocarbonos com a gasolina. Para queimar 1 kg de gasolina são necessários 14,6 kg de ar (oxigênio), já 1 kg de nitrometano necessita apenas de 1,7 kg, uma vez que cada ciclo do motor pode conter apenas uma quantidade limitada de ar, podemos queimar 8,7 vezes mais nitrometano que a gasolina (a nível do mar).
Entretanto, a energia liberada pelo nitrometano é menor, enquanto a queima da gasolina libera entre 42 e 44 milhões de Joules por quilo (MJ/kg), o nitrometano libera 11.3 MJ/kg. A partir destes dados, conclui-se que o nitrometano gera aproximadamente 2,3 vezes a mais que a potência da gasolina quando combinado na proporção certa com o ar atmosférico.
O nitrometano (CH3NO2) é miscível em álcool, metanol, que é álcool metílico, gasolina, entre outros, sendo usualmente combinado com os dois primeiros. Em geral é aplicado em misturas de 5% a 10%, para motores de alta taxa de compressão ou com turbo, e de até 40% para motores de baixa taxa de compressão e aspiração natural. Devido ao aumento de potência, é recomendado reforço no motor para evitar redução da vida útil.
O ganho de potência com o nitrometano advém da presença de oxigênio em sua molécula, causando um efeito de sobrealimentação semelhante ao do óxido nitroso (NO2). Esse oxigênio é usado na queima de combustível , permitindo a injeção de maior quantidade de combustível. Parte da molécula (o CH3) também é combustível e o N não participa da queima, formando N2. O ganho no uso do nitrometano não é exatamente por aumento do poder calorífico, mas por permitir a injeção de mais combustível para uma mesma massa de ar, já que carrega parte do oxigênio para a queima em sua própria molécula.
Misturas com álcool, metanol e nitrometano atacam componentes não protegidos, como bicos injetores e outras peças sujeitas a corrosão. Isso acontece em grande parte por estes combustíveis conterem oxigênio em suas moléculas. Álcool e metanol, por sua vez, aumentam o índice antidetonante (IAD), que indica a tendência à detonação do combustível , na direta proporção da mistura. A gasolina a eles misturada ganha octanagem.
Os componentes do motor e sua regulagem devem ser ajustados para o uso da nova mistura quando esta estiver sendo usada.