Hoewel de andere toepassingen belangrijk zijn, wordt verreweg het grootste deel van het elementaire stikstof verbruikt bij de vervaardiging van stikstofverbindingen. De drievoudige binding tussen atomen in de stikstofmoleculen is zo sterk (226 kilocalorieën per mol, meer dan tweemaal dat van moleculaire waterstof) dat het moeilijk is moleculaire stikstof in andere combinaties te doen terechtkomen.
De voornaamste commerciële methode om stikstof te fixeren (elementaire stikstof in verbindingen op te nemen) is het Haber-Bosch-proces voor de synthese van ammoniak. Dit proces werd tijdens de Eerste Wereldoorlog ontwikkeld om de afhankelijkheid van Duitsland van Chileens nitraat te verminderen. Het bestaat uit de directe synthese van ammoniak uit zijn elementen.
Grote hoeveelheden stikstof worden samen met waterstof gebruikt om ammoniak, NH3, te produceren, een kleurloos gas met een doordringende, irriterende geur. De belangrijkste commerciële methode voor de synthese van ammoniak is het Haber-Bosch-proces. Ammoniak is een van de twee belangrijkste stikstofverbindingen in de handel; het heeft talrijke toepassingen bij de vervaardiging van andere belangrijke stikstofverbindingen. Een groot deel van de in de handel gebrachte ammoniak wordt omgezet in salpeterzuur (HNO3) en nitraten, de zouten en esters van salpeterzuur. Ammoniak wordt gebruikt in het ammoniak-sodaproces (Solvay-proces) om natriumcarbonaat, Na2CO3, te produceren. Ammoniak wordt ook gebruikt bij de bereiding van hydrazine, N2H4, een kleurloze vloeistof die wordt gebruikt als raketbrandstof en in vele industriële processen.
Nitroenzuur is een andere populaire commerciële verbinding van stikstof. Het is een kleurloze, zeer corrosieve vloeistof die veel wordt gebruikt bij de productie van meststoffen, kleurstoffen, geneesmiddelen en explosieven. Ureum (CH4N2O) is de meest gebruikte bron van stikstof in meststoffen. Ammoniumnitraat (NH4NO3), een zout van ammoniak en salpeterzuur, wordt ook gebruikt als stikstofhoudend bestanddeel van kunstmest en, in combinatie met stookolie, als explosief (ANFO).
Met zuurstof vormt stikstof verschillende oxiden, waaronder distikstofmonoxide, N2O, waarin stikstof in de +1 oxidatietoestand is; stikstofmonoxide, NO, waarin het in de +2 toestand is; en stikstofdioxide, NO2, waarin het in de +4 toestand is. Veel van de stikstofoxiden zijn uiterst vluchtig; zij zijn belangrijke bronnen van vervuiling in de atmosfeer. Lachgas, ook wel lachgas genoemd, wordt soms als verdovingsmiddel gebruikt; bij inademing veroorzaakt het een lichte hysterie. Stikstofmonoxide reageert snel met zuurstof tot bruin stikstofdioxide, een tussenproduct bij de vervaardiging van salpeterzuur en een krachtig oxidatiemiddel dat wordt gebruikt in chemische processen en raketbrandstoffen.
Ook van enig belang zijn bepaalde nitriden, vaste stoffen die worden gevormd door directe combinatie van metalen met stikstof, gewoonlijk bij hoge temperaturen. Hiertoe behoren de verhardingsmiddelen die ontstaan wanneer gelegeerd staal wordt verhit in een atmosfeer van ammoniak, een proces dat nitriding wordt genoemd. Boor-, titaan-, zirkonium- en tantaalverbindingen hebben speciale toepassingen. Een kristallijne vorm van boornitride (BN), bijvoorbeeld, is bijna zo hard als diamant en minder gemakkelijk geoxideerd en dus nuttig als schuurmiddel bij hoge temperaturen.
De anorganische cyaniden bevatten de groep CN-. Waterstofcyanide, of formonitril, HCN, is een zeer vluchtig en uiterst giftig gas dat wordt gebruikt bij fumigatie, ertsconcentratie, en diverse andere industriële processen. Cyanogen, of oxalonitril, (CN)2, wordt ook gebruikt als chemisch tussenproduct en als fumigant.
Aziden, die zowel anorganisch als organisch kunnen zijn, zijn verbindingen die drie stikstofatomen als groep bevatten, weergegeven als (-N3). De meeste aziden zijn onstabiel en zeer gevoelig voor schokken. Sommige ervan, zoals loodazide, Pb(N3)2, worden gebruikt in ontstekingsmechanismen en slaghoedjes. De aziden reageren, evenals de halogeenverbindingen, gemakkelijk met andere stoffen door verplaatsing van de zogenaamde azidegroep en leveren vele soorten verbindingen op.
Nitrogen vormt vele duizenden organische verbindingen. De meeste bekende soorten kunnen worden beschouwd als afgeleid van ammoniak, waterstofcyanide, cyanogeen, en salpeter- of salpeterzuur. De aminen, aminozuren en amiden bijvoorbeeld zijn afgeleid van ammoniak of zijn daaraan nauw verwant. Nitroglycerine en nitrocellulose zijn esters van salpeterzuur. Nitroverbindingen worden verkregen uit de reactie (nitrering genoemd) tussen salpeterzuur en een organische verbinding. Nitrieten worden afgeleid van salpeterzuur (HNO2). Nitroso-verbindingen worden verkregen door de inwerking van salpeterzuur op een organische verbinding. Purines en alkaloïden zijn heterocyclische verbindingen waarin stikstof een of meer koolstofatomen vervangt.