Bár az egyéb alkalmazások is fontosak, az elemi nitrogén messze legnagyobb részét a nitrogénvegyületek előállítása során használják fel. A nitrogénmolekulák atomjai közötti hármas kötés olyan erős (226 kilokalória/mol, több mint kétszerese a molekuláris hidrogénének), hogy a molekuláris nitrogént nehéz más vegyületekbe juttatni.
A nitrogén rögzítésének (az elemi nitrogén vegyületekbe való beépítésének) fő kereskedelmi módszere az ammónia szintézisére szolgáló Haber-Bosch-eljárás. Ezt az eljárást az első világháború alatt fejlesztették ki, hogy csökkentsék Németország chilei nitrátfüggőségét. Az ammónia közvetlen szintézisét jelenti elemeiből.
Nagy mennyiségű nitrogénből hidrogénnel együtt ammóniát (NH3) állítanak elő, amely színtelen, szúrós, irritáló szagú gáz. Az ammónia szintézisének fő kereskedelmi módszere a Haber-Bosch-eljárás. Az ammónia a kereskedelemben használt két fő nitrogénvegyület egyike; számos más fontos nitrogénvegyület előállítása során is felhasználható. A kereskedelemben szintetizált ammónia nagy része salétromsavvá (HNO3) és nitrátokká alakul, amelyek a salétromsav sói és észterei. Az ammóniát az ammónia-szóda eljárás (Solvay-eljárás) során szódabikarbóna (Na2CO3) előállítására használják. Az ammóniát a hidrazin (N2H4) előállításához is használják, amely színtelen folyadékot rakétaüzemanyagként és számos ipari folyamatban használnak.
A nitromsav egy másik népszerű kereskedelmi nitrogénvegyület. Színtelen, erősen maró folyadék, amelyet sokat használnak műtrágyák, színezékek, gyógyszerek és robbanóanyagok előállításához. A karbamid (CH4N2O) a műtrágyák leggyakoribb nitrogénforrása. Az ammónium-nitrátot (NH4NO3), az ammónia és a salétromsav sóját, mesterséges műtrágyák nitrogéntartalmú összetevőjeként és fűtőolajjal kombinálva robbanóanyagként (ANFO) is használják.
A nitrogén az oxigénnel több oxidot alkot, köztük a dinitrogén-oxidot, N2O-t, amelyben a nitrogén +1 oxidációs állapotban van; a nitrogén-oxidot, NO-t, amelyben +2 állapotban van; és a nitrogén-dioxidot, NO2-t, amelyben +4 állapotban van. A nitrogén-oxidok közül sok rendkívül illékony; ezek a légköri szennyezés elsődleges forrásai. A nevetőgázként is ismert dinitrogén-oxidot néha altatóként használják; belélegezve enyhe hisztériát okoz. A salétrogén-oxid oxigénnel gyorsan reagálva barna nitrogén-dioxidot képez, amely a salétromsav előállításának köztes terméke, és erős oxidálószer, amelyet kémiai folyamatokban és rakétahajtóanyagokban használnak.
Szintén fontosak bizonyos nitridek, szilárd anyagok, amelyek fémek és nitrogén közvetlen kombinációjával keletkeznek, általában magas hőmérsékleten. Ezek közé tartoznak a keményítőszerek, amelyek akkor keletkeznek, amikor az ötvözött acélokat ammónia atmoszférában hevítik, ezt a folyamatot nitridálásnak nevezik. A bórból, titánból, cirkóniumból és tantálból készült nitrideknek különleges alkalmazásai vannak. A bór-nitrid (BN) egyik kristályos formája például majdnem olyan kemény, mint a gyémánt, és kevésbé könnyen oxidálódik, ezért magas hőmérsékletű csiszolóanyagként hasznos.
A szervetlen cianidok a CN- csoportot tartalmazzák. A hidrogén-cianid vagy formonitril, HCN, egy erősen illékony és rendkívül mérgező gáz, amelyet füstölésnél, érckoncentrálásnál és számos más ipari folyamatban használnak. A cianogént vagy oxalonitrilt, (CN)2, szintén kémiai köztes termékként és füstölőszerként használják.
Azidok, amelyek lehetnek szervetlen vagy szerves vegyületek, olyan vegyületek, amelyek három nitrogénatomot tartalmaznak csoportként, (-N3)-ként ábrázolva. A legtöbb azid instabil és nagyon érzékeny a sokkra. Néhányat közülük, mint például az ólomazidot, Pb(N3)2-t, detonátorokban és ütőkupakokban használják. Az azidok, akárcsak a halogénvegyületek, könnyen reagálnak más anyagokkal az úgynevezett azidcsoport kiszorításával, és sokféle vegyületet eredményeznek.
A nitrogén sok ezer szerves vegyületet alkot. Az ismert fajták többsége ammóniából, hidrogén-cianidból, cianogénből és salétromos vagy salétromsavból származónak tekinthető. Az aminok, aminosavak és amidok például az ammóniából származnak vagy azzal szoros kapcsolatban állnak. A nitroglicerin és a nitrocellulóz a salétromsav észterei. A nitrovegyületeket a salétromsav és egy szerves vegyület közötti reakcióból (az úgynevezett nitrálásból) nyerik. A nitritek salétromsavból (HNO2) származnak. A nitrozovegyületek a salétromsav szerves vegyületre gyakorolt hatására keletkeznek. A purinok és alkaloidok olyan heterociklusos vegyületek, amelyekben a nitrogén egy vagy több szénatomot helyettesít.