A légköri nitrogénvegyületek kémiája meglehetősen bonyolult. Amíg a molekuláris nitrogén (N₂) és a dinitrogén-oxid (N₂O) a troposzférában gyakorlatilag inert gázok, addig a reaktív nitrogénvegyületek (Nr), mint például a nitrogén-oxidok (NO_X = NO + NO₂), a nitrát (NO₃-), az ammónia (NH₃) vagy a szerves nitrogénvegyületek mint például a peroxiacetil-nitrát (C₂H₃NO₅) számos más vegyülettel léphetnek reakcióba, ami másodlagos légszennyező anyagok (mint például az ózon, vagy a szilárd légszennyező anyagok [PM] mennyiségét növelő ammónium-nitrát) képződéséhez vezet.
A globális nitrogénciklus egyértelmű hatással bír a három legfontosabb antropogén üvegházhatású gáz: a szén-dioxid, a metán, és a dinitrogén-oxid koncentrációjára. A legközvetlenebb hatással a klíma alakítása terén a dinitrogén-oxid kibocsátás bír. Ez az üvegházhatású gáz ugyanis a szén-dioxidnál mintegy 300-szor nagyobb potenciállal rendelkezik a napsugárzás légköri „csapdázásában”, valamint átlagos légköri tartózkodási ideje – a vegyület inert jellegéből adódóan – is igen nagy (több, mint 110 év). A nitrifikáló és denitrifikáló baktériumok tevékenysége révén természetes úton is kerül a légkörbe, de antropogén kibocsátása (a termőföldek trágyázás, valamint az állattartáshoz kapcsolódó trágya-eredetű emisszió) mára mennyiségileg döntővé vált. A reaktív nitrogénvegyületek indirekt úton növelik az üvegházhatást: a nitrogén-oxidok emissziója a metán, ózon, és a szilárd anyag koncentrációjának növelésén keresztül fejti ki klimatikus hatását.
Elmondható ugyanakkor az is, hogy a klímaváltozás is hat a nitrogénciklusra, ezzel befolyással bír a szárazföldi és a vízi ökoszisztémákra, továbbá humán egészségügyi hatásai is számottevőek. Magasabb környezeti hőmérsékleten például a nitrogén-oxidok (NO_X) kibocsátásának nagyobb mértékű csökkentése szükséges ahhoz, hogy ez a másodlagos szennyezőanyagok közé tartozó talajközeli ózon (O₃) koncentrációjának ugyanakkora csökkentését eredményezze. Mint ismeretes, az ózon az állatokra és az emberre is erősen mérgező: csökkenti a tüdőkapacitást és asztmát vált ki, illetve a haszonnövények hozamát is rontja. Magasabb hőmérsékleten a trágyatárolással összefüggő ammóniakibocsátás növekedése is előrejelezhető. Ez valószínűsíthetően az állattenyésztési-növénytermesztési rendszerek nitrogénfelhasználásának hatékonyságát is csökkenti (hiszen a nagyobb mennyiségű ammónia kibocsátását követően visszamaradó anyaggal végzett trágyázás kevesebb nitrogént juttat vissza a talajba), emellett növeli a reaktív nitrogén mennyiségét a környezeti levegőben.
A vízfolyásokat érintő, klímaváltozással összefüggésbe hozható események (villámárvizek, száraz periódusok növekedése) eredőjeként várhatóan a vízrendszerek nitrogénterhelése növekedni fog, így az eutrofizáció fokozódhat, a káros algafajok elszaporodásával járó vízvirágzás gyakoribbá válhat. A tápanyagok feldúsulása végeredményben nemcsak az édesvízi, de a szárazföldi ökoszisztémák biodiverzitásának csökkenését is okozza.
A bemutatott néhány folyamaton túl további, szélesebb körű áttekintést ad a témakörből a Biogeochemistry folyóirat tematikus száma.