氮是自然界中的豐富元素，主要以氮氣(N2)的形式存在於大氣中，以有機氮的形式存在於沉積物中，以溶解氮的形式存在於海水中。這三種氮的量的變動都很小。其他形態的氮則不停地進行著複雜的流動和交換，而且受人類活動的強烈影響。自然界中氮的分佈和氮的流動交換情況見表1和表2。
表1 自然界中氮的分佈（以氮計，百萬噸）
表2 氮的流動和交換（以氮計，百萬噸）
生態系統中的氮循環 氮氣占大氣總體積的78％以上。氮在大氣中主要以氮的分子態存在，還以氨（NH3）、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等氮的化合態的形式存在。這些化合態的氮在雲、氣溶膠粒子、雨滴中轉化為銨(NH4+)和硝酸根(NO3-)，隨降水降落地面。大氣中的N2和 O2可在雷電作用下反應生成NO3-。土壤和水體中某些細菌和微生物也可吸取大氣中的氮，並把它和氫結合成為氨。這樣生成的氨以及大氣中降落的銨類化合物在微生物的硝化作用下，最終變為硝酸鹽。硝酸鹽很容易被植物根系吸收，在植物體內合成多種有機化合物如蛋白質。然後通過食物鏈的傳遞成為動物體的蛋白質。動、植物死亡後，殘體被微生物分解，氮又以氨的形式回到土壤和水體中。動物排出的糞便含尿素和氨，尿素也可被微生物轉變為氨。
土壤中的硝酸鹽在微生物的反硝化作用下還原為氮和氧化亞氮 (N2O)而逸入大氣中。氨也可由於揮發而進入大氣。土壤中的硝酸鹽和氨極易溶於水，所以很容易隨地表徑流和地下水排入水體中。
人類活動的幹預 指人為的固氮作用，即化學氮肥的生產和應用，大規模種植豆科植物等有生物固氮能力的作物，以及燃燒礦物燃料生成NO和NO2。人為的固氮量是很大的，估計約占全球年總固氮量的20～30％。隨著世界人口的增多，這一比例將會繼續上升。
農田大量施用氮肥，使排入大氣的N2O不斷增多。在沒有人為幹預的自然條件下，反硝化作用產生並排入大氣的N2和N2O，與生物固氮作用吸收的N2和平流層中被破壞的N2O是相平衡的。N2O是一種惰性氣體，在大氣中可存留數年之久。它進入平流層大氣中以後，會消耗其中的臭氧，從而增加到達地面的紫外線輻射量。這可能會給人體健康帶來有害影響，對此目前還不很清楚。
施用氮肥的農田排出的地面徑流，城市和農村的生活污水都把大量的氮排入河流、湖泊和海洋，常常造成這些水體的富營養化現象。
礦物燃料燃燒時，空氣中和燃料中的氮在高溫下與氧反應而生成氮氧化物 (NO和NO2)。大氣受到氮氧化物的污染，是發生光化學煙霧和酸雨的一個重要原因。