Atomy azotu, obecne we wszystkich białkach i DNA, są zawracane między abiotycznymi i biotycznymi składnikami ekosystemu. Jednak podstawową formą azotu na Ziemi jest gazowy azot, który nie może być używany przez większość zwierząt i roślin. W związku z tym gazowy azot musi najpierw zostać przekształcony w użyteczną formę przez bakterie wiążące azot, zanim będzie mógł zostać przetworzony przez inne organizmy żywe. Stosowanie nawozów zawierających azot i odpadów zwierzęcych w rolnictwie człowieka znacznie wpłynęło na naturalny obieg azotu.
Około 78% powietrza, którym oddychamy, to gazowy azot. Jednak w tej formie, N2, niewiele organizmów jest w stanie go wykorzystać. Azot tworzy niezbędne cząsteczki we wszystkich organizmach, takich jak białka i DNA. Nie mogąc wykorzystać atmosferycznej formy azotu, większość organizmów wykorzystuje produkty uboczne prokariontów wiążących azot i nitryfikujących. Wiązanie azotu przekształca gazowy azot (N2) w amoniak (NH3), podczas gdy nitryfikacja przekształca NH3 w azotyny (NO2–) i azotany (NO3–). Rośliny mogą bezpośrednio wykorzystywać amoniak i azotany, a organizmy roślinożerne pozyskują azot poprzez spożywanie roślin. Kiedy organizmy te umierają, bakterie w glebie są w stanie przekształcić organiczny azot w amoniak w procesie zwanym amonifikacją. Poprzez denitryfikację bakterie tlenowe mogą następnie przekształcać amoniak w gazowy azot, który jest uwalniany z powrotem do atmosfery, kończąc cykl.
Podstawowym rezerwuarem do długotrwałego magazynowania azotu jest azot gazowy znajdujący się w atmosferze. W ekosystemie znajdują się jednak inne, mniejsze pochłaniacze azotu. Azot może być wiązany przez stosunkowo długi czas na bagnach, osadach morskich i skałach osadowych. Ponieważ jednak związki azotu są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, wietrzenie skał osadowych może uwalniać azot z powrotem do ekosystemu.
Ponieważ azot jest często czynnikiem ograniczającym wzrost roślin w środowisku naturalnym, rolnicy dodają azot do gleby jako nawóz, aby zwiększyć plony rolne. Spływ rolniczy do ekosystemów wodnych może powodować eutrofizację i nienaturalnie szybki wzrost toksycznych gatunków glonów. Hodowla dużej liczby zwierząt gospodarskich może również zwiększyć ilość odpadów azotanowych w glebie i lokalnych źródłach wody.
