Aunque las otras aplicaciones son importantes, la mayor parte del nitrógeno elemental se consume, con mucho, en la fabricación de compuestos de nitrógeno. El triple enlace entre los átomos de las moléculas de nitrógeno es tan fuerte (226 kilocalorías por mol, más del doble que el del hidrógeno molecular) que es difícil hacer que el nitrógeno molecular entre en otras combinaciones.
El principal método comercial para fijar el nitrógeno (incorporar el nitrógeno elemental a los compuestos) es el proceso Haber-Bosch para sintetizar amoníaco. Este proceso se desarrolló durante la Primera Guerra Mundial para disminuir la dependencia de Alemania del nitrato chileno. Implica la síntesis directa del amoníaco a partir de sus elementos.
Se utilizan grandes cantidades de nitrógeno junto con el hidrógeno para producir amoníaco, NH3, un gas incoloro con un olor penetrante e irritante. El principal método comercial para sintetizar amoníaco es el proceso Haber-Bosch. El amoníaco es uno de los dos principales compuestos de nitrógeno del comercio; tiene numerosos usos en la fabricación de otros compuestos de nitrógeno importantes. Una gran parte del amoníaco sintetizado comercialmente se convierte en ácido nítrico (HNO3) y en nitratos, que son las sales y los ésteres del ácido nítrico. El amoníaco se utiliza en el proceso de amoníaco-sosa (proceso Solvay) para producir ceniza de sosa, Na2CO3. El amoníaco también se utiliza en la preparación de la hidracina, N2H4, un líquido incoloro que se utiliza como combustible para cohetes y en muchos procesos industriales.
El ácido nítrico es otro popular compuesto comercial de nitrógeno. Es un líquido incoloro y muy corrosivo, muy utilizado en la producción de fertilizantes, tintes, medicamentos y explosivos. La urea (CH4N2O) es la fuente de nitrógeno más común en los fertilizantes. El nitrato de amonio (NH4NO3), una sal de amoníaco y ácido nítrico, también se utiliza como componente nitrogenado de los fertilizantes artificiales y, combinado con fuel, como explosivo (ANFO).
Con el oxígeno, el nitrógeno forma varios óxidos, entre ellos el óxido nitroso, N2O, en el que el nitrógeno está en el estado de oxidación +1; el óxido nítrico, NO, en el que está en el estado +2; y el dióxido de nitrógeno, NO2, en el que está en el estado +4. Muchos de los óxidos de nitrógeno son extremadamente volátiles; son fuentes principales de contaminación en la atmósfera. El óxido nitroso, también conocido como gas de la risa, se utiliza a veces como anestésico; su inhalación produce una leve histeria. El óxido nítrico reacciona rápidamente con el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno marrón, un producto intermedio en la fabricación de ácido nítrico y un potente agente oxidante utilizado en los procesos químicos y en los combustibles para cohetes.
También tienen cierta importancia ciertos nitruros, sólidos formados por la combinación directa de metales con nitrógeno, normalmente a temperaturas elevadas. Entre ellos se encuentran los agentes endurecedores producidos cuando los aceros de aleación se calientan en una atmósfera de amoníaco, proceso denominado nitruración. Los de boro, titanio, circonio y tantalio tienen aplicaciones especiales. Una forma cristalina de nitruro de boro (BN), por ejemplo, es casi tan dura como el diamante y se oxida con menos facilidad, por lo que es útil como abrasivo de alta temperatura.
Los cianuros inorgánicos contienen el grupo CN-. El cianuro de hidrógeno, o formonitrilo, HCN, es un gas muy volátil y extremadamente venenoso que se utiliza en la fumigación, la concentración de minerales y otros procesos industriales. El cianógeno, u oxalonitrilo, (CN)2, también se utiliza como producto químico intermedio y como fumigante.
Las azidas, que pueden ser inorgánicas u orgánicas, son compuestos que contienen tres átomos de nitrógeno como grupo, representados como (-N3). La mayoría de las azidas son inestables y muy sensibles a los golpes. Algunas de ellas, como la azida de plomo, Pb(N3)2, se utilizan en detonadores y cápsulas de percusión. Las azidas, al igual que los compuestos halógenos, reaccionan fácilmente con otras sustancias por desplazamiento del llamado grupo azida y dan lugar a muchos tipos de compuestos.
El nitrógeno forma muchos miles de compuestos orgánicos. La mayoría de las variedades conocidas pueden considerarse derivadas del amoníaco, el cianuro de hidrógeno, el cianógeno y el ácido nitroso o nítrico. Las aminas, los aminoácidos y las amidas, por ejemplo, se derivan del amoníaco o están estrechamente relacionados con él. La nitroglicerina y la nitrocelulosa son ésteres del ácido nítrico. Los nitrocompuestos se obtienen de la reacción (llamada nitración) entre el ácido nítrico y un compuesto orgánico. Los nitritos se obtienen a partir del ácido nitroso (HNO2). Los compuestos nitrosos se obtienen por la acción del ácido nitroso sobre un compuesto orgánico. Las purinas y los alcaloides son compuestos heterocíclicos en los que el nitrógeno sustituye a uno o más átomos de carbono.