A nitrogén gáznemű formája a troposzféra 78%-át teszi ki. Beépülése a földi nitrogénvegyületekbe különböző útvonalakon keresztül történik, beleértve a mikroorganizmusokat, a növényeket és az emberi ipari és mezőgazdasági tevékenységeket. A levegőből felvett nitrogént a nitrogénmegkötő baktériumok alakítják át ammóniává. A legtöbb talajban az ammónium az aerob baktériumok, például a Nitrosomonas és a Nitrobacter által végzett nitrifikációs folyamat során gyorsan nitritté, majd nitráttá oxidálódik. A nitrátion a nitrogén stabil formája az oxigéndús rendszerekben. A nitrát nagyon jól oldódik, és hacsak a növények gyökerei nem fogják fel vagy nem veszik fel, az öntöző- vagy esővízzel együtt a talajba szivárog, vagy a lefolyás elviszi. A nitrát és a nitrit az ivóvízben főként az intenzív mezőgazdasági tevékenységek eredményeként fordul elő. A talajban lévő nitráttartalmú vegyületek általában oldódnak, és könnyen a talajvízbe jutnak. A talaj nitrogéntartalmú műtrágyákkal, többek között vízmentes ammóniával, valamint állati vagy emberi természetes szerves hulladékokkal való szennyezése növelheti a víz nitrátkoncentrációját. Mivel a nitrit könnyen nitráttá oxidálódik, a víz nitritszintje általában alacsony, és a nitrát az a vegyület, amely túlnyomórészt a talajvízben és a felszíni vizekben található. Mivel a nitrogén a növények növekedéséhez nélkülözhetetlen elem, a növények ammónium vagy nitrát formájában veszik fel a talajvízből. A növényekben felhalmozódott nitrátok nitrogéntartalékot képeznek, amely az aminosav- és fehérjeszintézishez szükséges. A növényi gyökerek által felszívott összes nitrát a növény belsejében ammóniává redukálódik, amely a fehérjeszintézis előanyagaként szolgál. Minden redukciós lépést egy bizonyos enzim-reduktáz katalizál.