Stickstoff trägt zur Erhaltung der Pflanzenvielfalt, des Gleichgewichts zwischen Weidetieren und Raubtieren sowie der Prozesse bei, die die Produktion und den Kreislauf von Kohlenstoff und verschiedenen Bodenmineralien steuern. Es kommt in kontrollierten Konzentrationen in vielen Ökosystemen sowohl an Land als auch im Meer vor. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe aus verschiedenen industriellen Prozessen wird die Atmosphäre mit Stickstoff und Lachgas versetzt, was das Gleichgewicht des natürlichen Stickstoffs beeinträchtigt, die Ökosysteme verschmutzt und die Ökologie ganzer Regionen verändert.
Erhöhte Konzentrationen von Lachgas tragen weltweit zum Treibhauseffekt bei, der die Erde stetig erwärmt. Die Freisetzung von Stickoxiden in die Luft in großen Mengen verursacht Smog und sauren Regen, der die Atmosphäre, den Boden und das Wasser verschmutzt und Pflanzen und Tiere beeinträchtigt. Der Anstieg von Stickstoff und Lachgas wird durch Automobile, Kraftwerke und eine Vielzahl von Industriezweigen verursacht.
Wenn Lachgas in den Boden gelangt, verliert es Nährstoffe wie Kalzium und Kalium, die für die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts in den pflanzlichen Ökosystemen unerlässlich sind. Mit dem Verlust dieser Verbindungen nimmt die Bodenfruchtbarkeit ab. Außerdem werden Böden deutlich saurer, ebenso wie Flusssysteme und Seen, wenn der Stickstoff in die Wasserversorgung eingespeist wird. Stickstoff wird in großen Mengen von Flüssen in Flussmündungen und Küstengewässer transportiert, wo er als Schadstoff gilt.
Diese Störung im Stickstoffkreislauf wirkt sich auf die biologische Vielfalt aus. Pflanzen, die sich über Millionen von Jahren an stickstoffarme Böden gewöhnt haben, kämpfen ums Überleben. Dies wirkt sich wiederum auf die Mikroben und das Tierleben aus, die von den Pflanzen als Nahrung abhängen. Letztendlich sind Menschen betroffen. Es wird angenommen, dass der Rückgang der Fischereierzeugnisse zum Teil auf übermäßigen Stickstoff in den Küstenökosystemen zurückzuführen ist.
Erhöhungen der Stickstoffkonzentration waren schwer zu verfolgen, aber Wissenschaftler der Brown University in Rhode Island messen das Vorhandensein verschiedener Stickstoffisotope, um die Stickstoffquelle in verschiedenen Gebieten zu finden. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich das Verhältnis von Stickstoff-14 zu Stickstoff-15, basierend auf den in Grönland entnommenen Eiskernen, seit der industriellen Revolution geändert hat. Mit einer Aufzeichnung von Nitraten aus dem Jahr 1718 war die größte Veränderung des Verhältnisses zwischen 1950 und 1980 zu verzeichnen, nachdem die Emissionen fossiler Brennstoffe rapide angestiegen waren.