Dans la nature, le protoxyde d'azote provient du cycle de l'azote. Ce gaz à effet de serre provient également de la combustion des produits pétroliers et de l'utilisation d'engrais de synthèse.
Les plantes, les animaux et les micro-organismes du sol contribuent au cycle de l'azote qui émet du protoxyde d'azote dans l'atmosphère. La plupart de ces émissions proviennent de bactéries dégradant l'azote dans les sols et les océans.
À l'échelle mondiale, environ 40 % des émissions totales d'oxyde nitreux proviennent d'activités humaines, telles que l'agriculture, les transports, la gestion des eaux usées et les activités industrielles. Dans l'agriculture, les engrais synthétiques ajoutés au sol représentaient 75 pour cent de toutes les émissions d'oxyde nitreux aux États-Unis en 2012. L'azote décomposé du fumier et de l'urine du bétail a contribué à 4 pour cent des émissions d'oxyde nitreux en 2012. Dans les transports, les véhicules à moteur sont la plus grande source d'oxyde nitreux, la quantité libérée dépend du type de carburant, de la technologie du véhicule, de l'entretien et des pratiques d'exploitation. Dans l'industrie, l'oxyde nitreux est le sous-produit de la production d'acide nitrique (utilisé pour fabriquer des engrais commerciaux synthétiques) et de la production d'acide adipique (utilisé pour fabriquer des fibres comme le nylon et d'autres produits synthétiques).
En 2012, le protoxyde d'azote provenant des activités humaines représentait environ 6 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis. La plupart des protoxydes d'azote restent dans l'atmosphère en moyenne 120 ans avant d'être détruits par la lumière et les atomes d'oxygène excités ou absorbés par certains types de bactéries. Une livre d'oxyde nitreux a plus de 300 fois l'impact d'une livre de dioxyde de carbone sur le réchauffement de l'atmosphère terrestre.
