Stikstof helpt de diversiteit van het plantenleven, de balans tussen grazende dieren en roofdieren, en de processen die de productie en cycli van koolstof en verschillende bodemmineralen regelen, in stand te houden. Het wordt aangetroffen in gecontroleerde concentraties in veel ecosystemen, zowel op het land als in de zee. Het verbranden van fossiele brandstoffen uit verschillende industriële processen voegt stikstof- en stikstofoxide-verbindingen toe aan de atmosfeer, wat het evenwicht van natuurlijke stikstof verstoort, ecosystemen vervuilt en de ecologie van hele regio's verandert.
Verhoogde concentraties stikstofoxide dragen wereldwijd bij aan het broeikaseffect, dat de aarde gestaag opwarmt. Het vrijkomen van stikstofoxiden in de lucht in grote hoeveelheden veroorzaakt smog en zure regen die de atmosfeer, bodem en water vervuilt en planten en dieren aantast. De toename van stikstof en stikstofoxide wordt veroorzaakt door auto's, energiecentrales en een grote verscheidenheid aan industrieën.
Terwijl stikstofoxiden in de bodem filteren, verliest het voedingsstoffen zoals calcium en kalium, die essentieel zijn voor het handhaven van een evenwicht in plantecosystemen. Met het verlies van deze verbindingen neemt de bodemvruchtbaarheid af. Bodems worden ook beduidend zuurder, net als streamsystemen en meren terwijl de stikstof de watervoorziening voedt. Stikstof wordt in grote hoeveelheden van rivieren naar estuaria en kustwateren getransporteerd, waar het als een verontreinigende stof wordt beschouwd.
Deze overstuur in het evenwicht van de stikstofcyclus beïnvloedt de biologische diversiteit. Planten die zich in de loop van miljoenen jaren hebben aangepast aan stikstofarme grond, worstelen om te overleven. Dit beïnvloedt op zijn beurt de microben en het dierenleven die afhankelijk zijn van de planten voor voedsel. Uiteindelijk worden mensen getroffen. Aangenomen wordt dat de dalende productie van de visserij deels te wijten is aan overmatige stikstof in kustecosystemen.
Verhogingen van stikstofconcentraties zijn moeilijk te traceren, maar wetenschappers van Brown University in Rhode Island meten de aanwezigheid van verschillende stikstofisotopen om de stikstofbron in verschillende gebieden te vinden. Wetenschappers hebben ontdekt dat stikstof-14 tot stikstof-15-verhoudingen, gebaseerd op ijskernen in Groenland, sinds de industriële revolutie zijn veranderd. Met een record van nitraten die teruggaat tot 1718, vond de grootste verandering in de verhouding plaats tussen 1950 en 1980, nadat de uitstoot van fossiele brandstoffen snel toenam.