In natura, il protossido di azoto proviene dal ciclo dell'azoto. Questo gas serra proviene anche dalla combustione di prodotti petroliferi e dall'uso di fertilizzanti sintetici.
Piante, animali e microrganismi nel suolo contribuiscono al ciclo dell'azoto che emette il protossido di azoto nell'atmosfera. La maggior parte di queste emissioni proviene da batteri che abbattono l'azoto nel suolo e negli oceani.
A livello globale, circa il 40% delle emissioni totali di protossido d'azoto proviene da attività umane, come agricoltura, trasporti, gestione delle acque reflue e attività industriali. Nell'agricoltura, i fertilizzanti sintetici aggiunti al suolo hanno rappresentato il 75% di tutte le emissioni di protossido d'azoto negli Stati Uniti nel 2012. L'azoto estratto dal letame e dalle urine ha contribuito al 4% delle emissioni di protossido di azoto nel 2012. Nel trasporto, i veicoli a motore sono la fonte principale di ossido di azoto, la quantità rilasciata dipende dal tipo di carburante, dalla tecnologia del veicolo, dalla manutenzione e dalle pratiche operative. Nell'industria, il protossido di azoto è il sottoprodotto della produzione di acido nitrico (utilizzato per produrre fertilizzanti sintetici commerciali) e la produzione di acido adipico (utilizzato per produrre fibre come il nylon e altri prodotti sintetici).
Nel 2012, il protossido di azoto derivante dalle attività umane rappresentava circa il 6% di tutte le emissioni di gas serra degli Stati Uniti. La maggior parte dell'ossido di azoto rimane nell'atmosfera in media 120 anni prima che venga distrutta da atomi di ossigeno leggeri ed eccitati o assorbita da alcuni tipi di batteri. Una libbra di ossido di azoto ha oltre 300 volte l'impatto di una libbra di anidride carbonica nel riscaldamento dell'atmosfera terrestre.
