Den gasformige form af nitrogen udgør 78 % af troposfæren. Dets inkorporering i jordiske kvælstofforbindelser sker ad forskellige veje, herunder via mikroorganismer, planter og menneskets industrielle og landbrugsmæssige aktiviteter. Kvælstof fra luften omdannes til ammoniak af kvælstoffikserende bakterier. I de fleste jorde oxideres ammonium hurtigt til nitrit og derefter til nitrat i en nitrifikationsproces ved hjælp af aerobe bakterier som f.eks. nitrosomonas og nitrobacter. Nitrationen er den stabile form for kvælstof i iltede systemer. Nitrat er meget opløseligt, og hvis det ikke opfanges eller optages af planterødder, udvaskes det ned i jorden sammen med vandings- eller regnvand eller transporteres væk med afstrømningen. Nitrat og nitrit forekommer i drikkevand hovedsagelig som følge af intensive landbrugsaktiviteter. Nitratholdige forbindelser, der findes i jorden, er generelt opløselige og vandrer let til grundvandet. Forurening af jorden med nitrogenholdige gødningsstoffer, herunder vandfri ammoniak, samt naturligt organisk affald fra dyr eller mennesker kan øge koncentrationen af nitrat i vandet. Da nitrit let oxideres til nitrat, er nitritindholdet i vand normalt lavt, og nitrat er den forbindelse, der overvejende findes i grundvand og overfladevand. Da kvælstof er et vigtigt grundstof for plantevækst, optages det af planterne i form af ammonium eller nitrat fra jordvandet. Nitrater, der ophobes i planter, danner en kvælstofreserve, som er nødvendig for aminosyre- og proteinsyntese. Alle nitrater, der optages af planterødder, reduceres i planten til ammoniak, der fungerer som et forstadie til proteinsyntese. Hvert reduktionstrin katalyseres af et bestemt enzym-reduktase.