笑气分娩使用50%的笑气和50%的氧气混合气体置入钢瓶内，连接一个能随呼吸而启闭的自动活瓣，然后用螺纹管连接面罩。产妇将面罩紧帖口部，宫缩时作深呼吸吸入笑气。产妇自行停吸后，无需镇痛仍可顺利无痛分娩，而不必再吸入笑气。
笑气属于吸入性镇痛剂，起效快，通过抑制中枢神经系统的兴奋性及神经递质的释放和神经冲动的传导而产生作用。笑气吸入后30~50秒后产生镇痛作用，因此必须抢在宫缩出现之前30秒开始吸入才能使笑气镇痛作用的发生与产痛的出现在时间上同步，达到镇痛的效果。
在实际应用中，产妇通常在感觉到疼痛时才开始吸入笑气，阵痛和药物起效有一个时间差，很多人认为没有实现镇痛。而且产妇对笑气的敏感性和耐受力有个体差异，部分人使用无效。另外笑气容易导致呕吐，因此使用笑气镇痛的产妇生产过程中禁止饮食，不利于为产妇提供足够的体力。