Kvælstof hjælper med at opretholde mangfoldigheden i plantelivet, balancen mellem græsningsdyr og rovdyr og de processer, der kontrollerer produktion og cyklus af kulstof og forskellige jordmineraler. Det findes i kontrollerede koncentrationer i mange økosystemer, både på land og i havet. Forbrænding af fossile brændstoffer fra forskellige industrielle processer tilføjer nitrogen- og nitrogenoxidforbindelser til atmosfæren, hvilket forringer balancen mellem naturligt nitrogen, forurenende økosystemer og ændrer økologien i hele regioner.
Øgede koncentrationer af nitrogenoxid øger globalt påvirkningen af drivhusgasser, som støt opvarmer jorden. Frigivelse af nitrogenoxider i luften i store mængder medfører smog og surt regn, der forurener atmosfæren, jord og vand og påvirker planter og dyr. Stigningen i nitrogen og nitrogenoxid er forårsaget af biler, kraftværker og en lang række industrier.
Når nitrogenoxider filtreres ned i jorden, mister det næringsstoffer som calcium og kalium, som er vigtige for at opretholde en balance i planteøkosystemer. Med tabet af disse forbindelser falder jordens fertilitet. Jordbunden bliver også væsentligt syrligere, ligesom strømme og søer, når kvælstoffet tilføres vandforsyningen. Kvælstof transporteres i store mængder fra floder til flodmundinger og kystvandområder, hvor det betragtes som et forurenende stof.
Dette forstyrrelse i balancen i nitrogencyklus påvirker den biologiske mangfoldighed. Planter, der over millioner af år har tilpasset sig jord med lav kvælstof, kæmper for at overleve. Dette påvirker igen mikrober og dyreliv, der afhænger af planterne til mad. I sidste ende påvirkes mennesker. Faldende produktion fra fiskeri antages delvis at skyldes overdreven kvælstof i kystøkosystemer.
Stigninger i nitrogenkoncentrationer har været vanskelige at spore, men forskere fra Brown University i Rhode Island måler tilstedeværelsen af forskellige nitrogenisotoper for at finde kvælstofkilden i forskellige områder. Forskere har fundet, at forholdet mellem nitrogen-14 og nitrogen-15, baseret på iskerner taget i Grønland, har ændret sig siden den industrielle revolution. Med en registrering af nitrater tilbage til 1718 skete den største ændring i forholdet mellem 1950 og 1980, efter at fossile brændstofemissioner hurtigt steg.