產生的氨，一部分被微生物固持及植物吸收，或者被粘土礦物質固定；另一部分通過自養硝化或異養硝化轉變成硝酸鹽，這一過程被稱為硝化作用。
氨來源于腐生生物對死亡動植物器官的分解，被用作制造銨離子(NH4+)。在富含氧氣的土壤中，這些離子將會首先被亞硝化細菌轉化為亞硝酸根離子(NO2-)，然后被硝化細菌轉化為硝酸根離子(NO3-)。銨的兩步轉化過程被叫做硝化作用。
銨離子很容易被固定在土壤尤其是腐殖質和粘土中。而硝酸根離子和亞硝酸根離子則因它們自身的負電性而更不容易被固定在正離子的交換點（主要是腐殖質）多于負離子的土壤中。在雨后或灌溉后，流失（可溶性離子譬如硝酸根和亞硝酸根的移動）到地下水的情況經常會發生。地下水中硝酸鹽含量的提高關系到飲用水的安全，因為水中過量的硝酸根離子會影響嬰幼兒血液中的氧濃度并導致高鐵血紅蛋白癥或藍嬰綜合征(Blue-baby Syndrome)。如果地下水流向溪川，富硝酸鹽的地下水會導致地面水體的富營養作用，使得藍藻菌和其它藻類大量繁殖，導致水生生物因缺氧而大量死亡。雖然不像銨一樣對魚類有毒，硝酸鹽可通過富營養作用間接影響魚類的生存。氮素已經導致了一些水體的富營養化問題。從2006年起，在英國和美國使用氮肥將受到更嚴厲的限制，磷肥的使用也將受到了同樣的限制。
在無氧（低氧）條件下，厭氧細菌的“反硝化作用”將會發生。最終將硝酸中氮的成分還原成氮氣歸還到大氣中去。