I fertilizzanti possono aumentare notevolmente i raccolti, ma possono anche causare inquinamento ambientale e danneggiare l'equilibrio dei nutrienti nel suolo. Un eccesso di fertilizzante può causare eutrofia in corsi d'acqua e corsi d'acqua, creando un tale sovrabbondanza di nutrienti che le alghe e altri microrganismi diffondono senza controllo. L'uso eccessivo di fertilizzanti può anche saturare il terreno con sostanze chimiche inorganiche che possono penetrare nella falda freatica.
Molti fertilizzanti sintetici si basano molto sul petrolio, una risorsa non rinnovabile. I sottoprodotti di questi fertilizzanti possono anche defluire in corsi d'acqua e fiumi, dove possono decadere in sostanze nocive e aumentare i livelli di ammoniaca e metano. Uno studio del 2007 sui salmoni nei fiumi vicino a Portland, in Oregon, ha trovato dozzine di sostanze chimiche sintetiche nei tessuti e negli organi del pesce.
I fertilizzanti organici possono anche essere pericolosi se abusati. La presenza di troppi nutrienti nella falda d'acqua favorisce la crescita delle alghe, che possono utilizzare l'ossigeno naturale nei corsi d'acqua. L'esaurimento dei livelli di ossigeno può uccidere pesci e animali selvatici e alcune varietà di alghe rilasciano persino tossine nell'acqua che possono essere dannose per gli esseri umani e gli animali più grandi. Nell'agosto 2014, un'influenza tossica delle alghe direttamente sopra la presa d'acqua municipale di Toledo, nell'Ohio, ha reso non potabile l'intera fornitura d'acqua della città.
