Přestože jsou ostatní způsoby použití důležité, zdaleka největší množství elementárního dusíku se spotřebuje při výrobě dusíkatých sloučenin. Trojná vazba mezi atomy v molekulách dusíku je tak silná (226 kilokalorií na mol, což je více než dvakrát více než u molekulárního vodíku), že je obtížné způsobit, aby molekulární dusík vstupoval do jiných kombinací.
Hlavní komerční metodou fixace dusíku (začlenění elementárního dusíku do sloučenin) je Haber-Boschův proces syntézy amoniaku. Tento proces byl vyvinut během první světové války, aby se snížila závislost Německa na chilském dusičnanu. Zahrnuje přímou syntézu amoniaku z jeho prvků.
Velké množství dusíku se používá spolu s vodíkem k výrobě amoniaku, NH3, bezbarvého plynu s ostrým, dráždivým zápachem. Hlavní komerční metodou syntézy amoniaku je Haber-Boschův proces. Čpavek je jednou ze dvou hlavních sloučenin dusíku v obchodě; má četné využití při výrobě dalších důležitých sloučenin dusíku. Velká část komerčně syntetizovaného amoniaku se přeměňuje na kyselinu dusičnou (HNO3) a dusičnany, což jsou soli a estery kyseliny dusičné. Amoniak se používá v čpavkovém sodném procesu (Solvayův proces) k výrobě uhličitanu sodného, Na2CO3. Čpavek se také používá při přípravě hydrazinu, N2H4, bezbarvé kapaliny používané jako raketové palivo a v mnoha průmyslových procesech.
Kyselina dusičná je další oblíbenou komerční sloučeninou dusíku. Je to bezbarvá, vysoce žíravá kapalina, která se hojně používá při výrobě hnojiv, barviv, léků a výbušnin. Močovina (CH4N2O) je nejběžnějším zdrojem dusíku v hnojivech. Dusičnan amonný (NH4NO3), sůl amoniaku a kyseliny dusičné, se používá také jako dusíkatá složka umělých hnojiv a v kombinaci s topným olejem jako výbušnina (ANFO).
Dusík tvoří s kyslíkem několik oxidů, včetně oxidu dusného, N2O, v němž je dusík v oxidačním stavu +1; oxidu dusnatého, NO, v němž je ve stavu +2; a oxidu dusičitého, NO2, v němž je ve stavu +4. Dusík je také součástí oxidů dusíku, N2O a N2O. Mnohé z oxidů dusíku jsou velmi těkavé; jsou hlavními zdroji znečištění atmosféry. Oxid dusný, známý také jako smíchový plyn, se někdy používá jako anestetikum; při vdechování vyvolává mírnou hysterii. Oxid dusnatý rychle reaguje s kyslíkem za vzniku hnědého oxidu dusičitého, meziproduktu při výrobě kyseliny dusičné a silného oxidačního činidla využívaného v chemických procesech a v raketových palivech.
Důležité jsou také některé nitridy, pevné látky vznikající přímou kombinací kovů s dusíkem, obvykle za zvýšených teplot. Patří mezi ně kalicí látky, které vznikají při zahřívání legovaných ocelí v atmosféře čpavku, což je proces nazývaný nitridace. Zvláštní použití mají nitridy boru, titanu, zirkonia a tantalu. Jedna krystalická forma nitridu boru (BN) je například téměř stejně tvrdá jako diamant a hůře se oxiduje, a proto je užitečná jako vysokoteplotní brusivo.
Anorganické kyanidy obsahují skupinu CN-. Kyanovodík neboli formonitril, HCN, je vysoce těkavý a velmi jedovatý plyn, který se používá při fumigaci, koncentraci rud a různých dalších průmyslových procesech. Kyanogen neboli oxalonitril, (CN)2, se také používá jako chemický meziprodukt a fumigant.
Azidy, které mohou být anorganické nebo organické, jsou sloučeniny, které obsahují tři atomy dusíku jako skupinu, reprezentovanou jako (-N3). Většina azidů je nestabilní a velmi citlivá na nárazy. Některé z nich, například azid olovnatý, Pb(N3)2, se používají v rozbuškách a údernících. Azidy, stejně jako sloučeniny halogenů, snadno reagují s jinými látkami vytěsněním tzv. azidové skupiny a poskytují mnoho druhů sloučenin.
Dusík tvoří mnoho tisíc organických sloučenin. Většinu známých druhů lze považovat za odvozené od amoniaku, kyanovodíku, kyanogenu a dusíku nebo kyseliny dusičné. Například aminy, aminokyseliny a amidy jsou odvozeny od amoniaku nebo jsou mu blízce příbuzné. Nitroglycerin a nitrocelulosa jsou estery kyseliny dusičné. Nitrosloučeniny se získávají reakcí (nazývanou nitrace) mezi kyselinou dusičnou a organickou sloučeninou. Dusitany se získávají z kyseliny dusičné (HNO2). Nitrososloučeniny se získávají působením kyseliny dusičné na organickou sloučeninu. Puriny a alkaloidy jsou heterocyklické sloučeniny, v nichž dusík nahrazuje jeden nebo více atomů uhlíku
.