Los átomos de nitrógeno, presentes en todas las proteínas y el ADN, se reciclan entre componentes abióticos y bióticos del ecosistema. Sin embargo, la forma primaria de nitrógeno en la Tierra es el gas nitrógeno, que no puede ser utilizado por la mayoría de los animales y plantas. Por lo tanto, el gas nitrógeno debe convertirse primero en una forma utilizable mediante bacterias fijadoras de nitrógeno antes de que pueda ser en ciclo a través de otros organismos vivos. El uso de fertilizantes que contienen nitrógeno y productos de desecho animal en la agricultura humana ha influido en gran medida en el ciclo natural del nitrógeno.
Alrededor del 78% del aire que respiramos es gas nitrógeno. Sin embargo, en esta forma, N2, pocos organismos son capaces de utilizarlo. El nitrógeno constituye moléculas esenciales en todos los organismos, como las proteínas y el ADN. Incapaces de utilizar la forma atmosférica de nitrógeno, la mayoría de los organismos utilizan los subproductos de la fijación de nitrógeno y los procariotas nitrificantes. La fijación de nitrógeno convierte el gas nitrógeno (N2) en amoníaco (NH3), mientras que la nitrificación convierte el NH3 en nitritos (NO2–) y nitratos (NO3–). Las plantas pueden utilizar directamente el amoníaco y los nitratos, y los organismos que comen plantas obtienen nitrógeno ingiriendo plantas. Cuando estos organismos mueren, las bacterias en el suelo son capaces de convertir el nitrógeno orgánico en amoníaco en un proceso llamado amonificación. A través de la desnitrificación, las bacterias aeróbicas pueden convertir el amoníaco en gas nitrógeno que se libera de nuevo a la atmósfera, completando el ciclo.
La reserva principal para el almacenamiento a largo plazo de nitrógeno es el gas nitrógeno en la atmósfera. Sin embargo, hay otros sumideros de nitrógeno más pequeños en el ecosistema. El nitrógeno puede estar atrapado durante períodos de tiempo relativamente largos en los pantanos, sedimentos marinos y rocas sedimentarias. Sin embargo, dado que los compuestos de nitrógeno son muy solubles en agua, la intemperie de la roca sedimentaria puede liberar nitrógeno de nuevo en el ecosistema.
Dado que el nitrógeno es a menudo un factor limitante para el crecimiento de las plantas en entornos naturales, los agricultores añaden nitrógeno al suelo como fertilizante para aumentar el rendimiento agrícola. La escorrentía agrícola en los ecosistemas acuáticos puede dar lugar a una eutrofización y a un crecimiento antinaturalmente rápido de especies de algas tóxicas. La cría de un gran número de ganado también puede aumentar la cantidad de residuos nítricos en el suelo y en las fuentes de agua locales.
