在自然條件下，一氧化二氮主要從土壤和海洋中排出。然而，人類耕作、生產、使用氮肥、生產尼龍還有燃燒化石燃料和其他有機物的過程增加了一氧化二氮的排放量。
破壞臭氧層
N2O在大氣中的存留時間長，可參與大氣中許多光化學反應，並可輸送至平流層，破壞臭氧層。有研究人員表示，根據1987 年通過的《關於消耗臭氧層物質的蒙特婁議定書》，人類逐步削減了氯氟烴、含溴氟烴等消耗臭氧層物質的使用，但一氧化二氮的使用和排放不受議定書限制，然而，其對臭氧層的破壞作用越來越明顯。
美國國家海洋和大氣管理局地球系統研究實驗室研究人員利用數學模型推算出，人類通過使用化肥、化石燃料等，每年向大氣中排放約1000萬噸一氧化二氮，如果不採取措施限制其排放，它將成為21世紀破壞性最大的消耗臭氧層物質。
溫室效應
全球變暖和臭氧層破壞是當今兩大全球環境問題。N2O是《京都議定書》規定的6種溫室氣體之一，根據該公約規定，包括中國在內的各締約國都必須定期向聯合國提交國家溫室氣體排放清單。雖然N2O在大氣中的含量很低，但是其單分子增溫潛勢是CO2的298倍，即所能造成的溫室效應的效果是二氧化碳的298倍，被列為排在二氧化碳、甲烷之後的第三大溫室氣體。
日本海洋研究開發機構下屬地球環境研究中心研究員石島健太郎在南極採集冰雪樣本進行分析後發現，南極冰雪所含大氣中，一氧化二氮濃度1952年為290ppb(lppb為十億分之一) ，2001年上升到316ppb。研究人員認為，隨著人口增加和耕地面積擴大，氮肥使用日廣，氮肥所揮發的一氧化二氮在大氣中的含量因此劇增。一氧化二氮進人大氣後，需要120年才能得到完全分解。
一氧化二氮減排措施
工農業產生的一氧化二氮對環境的帶來的負面影響日益受到人們的關注，人們也極力採取措施降低一氧化二氮的排放。
工業上氧化亞氮的減排主要是氧化亞氮減排系統的應用。減排系統的設計主要通過3種減排技術：一是優化催化反應工藝，抑制氨氧化反應爐中N2O的生成；二是對已經在氨氧化爐的催化劑網中產生的N2O，通過反應分解為N2和O2；第三種是利用催化劑在排放的尾氣中分解N2O。
例如荷蘭皇家殼牌石油公司的去除氮氧化物系統（DeNOx）是使用催化技術使氧化亞氮(N2O)分解成氮氣和水， 這項技術特別適用於處理尾氣中氧化亞氮濃度高並減排效率要求高的硝酸、己內醯胺、己二酸工廠生產中。
人類活動所產生的一氧化二氮主要來自農業生產，農業土壤排放的N2O約佔人類活動排放的N2O總量的52%，如美國與人類活動有關的一氧化二氮排放，有70%來自農業生產，而氮肥施用是促進農田N2O排放的直接原因。中國作為農業大國，化學氮肥是我國農業生態系統中氮素的主要補充源。世界糧農組織2004年統計資料表明，中國化學氮肥年消耗量約佔全球的25% 。中國農田對全球N2O排放的影響，已經成為全球變化研究的焦點之一。有研究顯示，農業生產造成的一氧化二氮的排放量正隨氮肥使用的多少，呈現出指數級增長。
要解決因施肥引發的產生一氧化二氮溫室效應的問題，首先要了解其產生的過程。在農業生產中，施用的化肥僅部分被作物吸收，其中有相當一部分是被土壤中微生物活動引起的硝化和反硝化過程所利用，產生一氧化二氮。近年來分子生物學的發展，為研究氧化亞氮產生機理提供了有力的技術支持，國際上有許多人參與了氮素循環分子機理的研究。為了提高氮肥利用率，減少氮素損失，降低氧化亞氮的產生，像脲酶抑制劑、硝化抑制劑等抑制氮素循環中某個步驟的製劑等到了應用，並取得了較好效果。美國國家科學基金會(NSF)凱洛格生物站(KBS)為美國農業設計了一個「一氧化二氮溫室氣體減排方法」， 該研究領導人之一、內維爾•米拉爾認為，該方法的主要價值是簡單、易行。農民可以運用它儘量減少對氮肥的依賴，有利於降低農業生產對一氧化二氮的排放；而且，該方法還可以在減少地下水中的氮排放和降低大氣中其他形態的氮排放方面發揮作用。
由中科院亞熱帶農業生態研究所魏文學研究員領銜的土壤微生物課題組一直致力於氮素循環的研究，在紅壤性水稻土硝化反硝化作用過程的關鍵功能基因種群對施肥模式的響應，乾濕交替過程中微生物硝化基因和系列反硝化基因的多樣性演變及其關鍵基因的表達與N2O釋放的耦合機理等方面取得了一定成果，將繼續探討溫室氣體氧化亞氮的排放機制，為N2O的減排提供理論依據。
一氧化二氮的回收利用
世界上每年排出的N2O的量是很巨大的，如果只是單純的通過分解或者選擇性催化還原的方法來消除N2O，並不是一種最好的方法。近年來主要針對高排放量的工業生產，例如己二酸的排放尾氣中N2O的體積分數在30％左右，就有學者根據N2O回收利用做了很多工作，而且特別是研究將N2O作為一種氧化劑與苯反應生成苯酚，使N2O有了利用價值，更讓人有興趣的是N2O氧化苯得到的苯酚又可以加氫製得環己醇，而環己醇正是生產己二酸的原料。如此一來，環境問題被解決的同時也帶來了經濟效益。如果這種工藝開發成功，將是一種變廢為寶的綠色化技術路線。