De gasvormige vorm van stikstof maakt 78% van de troposfeer uit. De opname van stikstof in stikstofverbindingen op het land gebeurt via verschillende routes, waaronder micro-organismen, planten, en menselijke industriële en landbouwactiviteiten. Stikstof uit de lucht wordt door stikstoffixerende bacteriën omgezet in ammoniak. In de meeste bodems wordt ammonium snel geoxideerd tot nitriet en vervolgens tot nitraat in een nitrificatieproces door de werking van aërobe bacteriën, zoals Nitrosomonas en Nitrobacter. Het nitraation is de stabiele vorm van stikstof voor zuurstofhoudende systemen. Nitraat is zeer goed oplosbaar en spoelt, tenzij het door plantenwortels wordt onderschept of opgenomen, samen met irrigatie- of regenwater naar de bodem of wordt door afspoeling meegevoerd. Nitraat en nitriet komen in drinkwater vooral voor als gevolg van intensieve landbouwactiviteiten. Nitraathoudende verbindingen in de bodem zijn over het algemeen oplosbaar en migreren gemakkelijk naar het grondwater. Verontreiniging van de bodem met stikstofhoudende meststoffen, waaronder watervrije ammoniak, alsmede dierlijk of menselijk natuurlijk organisch afval, kan de nitraatconcentratie in het water verhogen. Aangezien nitriet gemakkelijk wordt geoxideerd tot nitraat, is het nitrietgehalte in water meestal laag en wordt nitraat het meest aangetroffen in grond- en oppervlaktewater. Stikstof is een essentieel element voor de plantengroei en wordt door planten opgenomen in de vorm van ammonium of nitraat uit het bodemwater. De in planten geaccumuleerde nitraten vormen een stikstofreserve, die nodig is voor de synthese van aminozuren en eiwitten. Alle door plantenwortels geabsorbeerde nitraten worden eenmaal in de plant gereduceerd tot ammoniak, dat dient als precursor voor de eiwitsynthese. Elke reductiestap wordt gekatalyseerd door een bepaald enzym-reductase.