O nitrogênio ajuda a sustentar a diversidade da vida das plantas, o equilíbrio entre animais em pastejo e predadores e os processos que controlam a produção e o ciclo do carbono e de vários minerais do solo. Pode ser encontrada em concentrações controladas em muitos ecossistemas, tanto em terra como no mar. A queima de combustíveis fósseis de vários processos industriais adiciona compostos de nitrogênio e óxido nitroso à atmosfera, o que prejudica o equilíbrio do nitrogênio natural, poluindo os ecossistemas e alterando a ecologia de regiões inteiras.
Concentrações crescentes de óxido nitroso contribuem globalmente para o efeito estufa, que está aquecendo constantemente a Terra. A liberação de óxidos nítricos no ar em grandes quantidades causa poluição e chuva ácida que polui a atmosfera, o solo e a água e afeta plantas e animais. O aumento de nitrogênio e óxido nitroso é causado por automóveis, usinas de energia e uma grande variedade de indústrias.
À medida que os óxidos nitrosos se filtram no solo, perdem nutrientes como cálcio e potássio, essenciais para manter um equilíbrio nos ecossistemas vegetais. Com a perda desses compostos, a fertilidade do solo diminui. Além disso, os solos se tornam significativamente mais ácidos, assim como os sistemas de riachos e lagos à medida que o nitrogênio entra no suprimento de água. O nitrogênio é transportado em grandes quantidades dos rios para os estuários e áreas costeiras, onde é considerado poluente.
Essa perturbação no equilíbrio do ciclo do nitrogênio afeta a diversidade biológica. Plantas que se adaptaram ao longo de milhões de anos ao solo com baixo nitrogênio lutam para sobreviver. Por sua vez, isso afeta os micróbios e a vida animal que dependem das plantas para a alimentação. Em última análise, os seres humanos são afetados. Pensa-se que o declínio da produção pesqueira se deva em parte ao excesso de nitrogênio nos ecossistemas costeiros.
Aumentos nas concentrações de nitrogênio têm sido difíceis de rastrear, mas cientistas da Brown University em Rhode Island estão medindo a presença de diferentes isótopos de nitrogênio para encontrar a fonte de nitrogênio em diferentes áreas. Os cientistas descobriram que as proporções de nitrogênio-14 a nitrogênio-15, baseadas nos núcleos de gelo da Groenlândia, mudaram desde a Revolução Industrial. Com um recorde de nitratos desde 1718, a maior mudança na proporção ocorreu entre 1950 e 1980, depois que as emissões de combustíveis fósseis aumentaram rapidamente.