在自然条件下，一氧化二氮主要从土壤和海洋中排出。然而，人类耕作、生产、使用氮肥、生产尼龙还有燃烧化石燃料和其他有机物的过程增加了一氧化二氮的排放量。
破坏臭氧层
N₂O在大气中的存留时间长，可参与大气中许多光化学反应，并可输送至平流层，破坏臭氧层。有研究人员表示，根据1987 年通过的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，人类逐步削减了氯氟烃、含溴氟烃等消耗臭氧层物质的使用，但一氧化二氮的使用和排放不受议定书限制，然而，其对臭氧层的破坏作用越来越明显。
美国国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室研究人员利用数学模型推算出，人类通过使用化肥、化石燃料等，每年向大气中排放约1000万吨一氧化二氮，如果不采取措施限制其排放，它将成为21世纪破坏性最大的消耗臭氧层物质。
温室效应
全球变暖和臭氧层破坏是当今两大全球环境问题。N₂O是《京都议定书》规定的6种温室气体之一，根据该公约规定，包括中国在内的各缔约国都必须定期向联合国提交国家温室气体排放清单。虽然N₂O在大气中的含量很低，但是其单分子增温潜势是CO₂的298倍，即所能造成的温室效应的效果是二氧化碳的298倍，被列为排在二氧化碳、甲烷之后的第三大温室气体。
日本海洋研究开发机构下属地球环境研究中心研究员石岛健太郎在南极采集冰雪样本进行分析后发现，南极冰雪所含大气中，一氧化二氮浓度1952年为290ppb(lppb为十亿分之一) ，2001年上升到316ppb。研究人员认为，随着人口增加和耕地面积扩大，氮肥使用日广，氮肥所挥发的一氧化二氮在大气中的含量因此剧增。一氧化二氮进人大气后，需要120年才能得到完全分解。
一氧化二氮减排措施
工农业产生的一氧化二氮对环境的带来的负面影响日益受到人们的关注，人们也极力采取措施降低一氧化二氮的排放。
工业上氧化亚氮的减排主要是氧化亚氮减排系统的应用。减排系统的设计主要通过3种减排技术：一是优化催化反应工艺，抑制氨氧化反应炉中N₂O的生成；二是对已经在氨氧化炉的催化剂网中产生的N₂O，通过反应分解为N₂和O₂；第三种是利用催化剂在排放的尾气中分解N₂O。
例如荷兰皇家壳牌石油公司的去除氮氧化物系统（DeNOx）是使用催化技术使氧化亚氮(N₂O)分解成氮气和水， 这项技术特别适用于处理尾气中氧化亚氮浓度高并减排效率要求高的硝酸、己内酰胺、己二酸工厂生产中。
人类活动所产生的一氧化二氮主要来自农业生产，农业土壤排放的N₂O约占人类活动排放的N₂O总量的52%，如美国与人类活动有关的一氧化二氮排放，有70%来自农业生产，而氮肥施用是促进农田N₂O排放的直接原因。中国作为农业大国，化学氮肥是我国农业生态系统中氮素的主要补充源。世界粮农组织2004年统计资料表明，中国化学氮肥年消耗量约占全球的25% 。中国农田对全球N₂O排放的影响，已经成为全球变化研究的焦点之一。有研究显示，农业生产造成的一氧化二氮的排放量正随氮肥使用的多少，呈现出指数级增长。
要解决因施肥引发的产生一氧化二氮温室效应的问题，首先要了解其产生的过程。在农业生产中，施用的化肥仅部分被作物吸收，其中有相当一部分是被土壤中微生物活动引起的硝化和反硝化过程所利用，产生一氧化二氮。近年来分子生物学的发展，为研究氧化亚氮产生机理提供了有力的技术支持，国际上有许多人参与了氮素循环分子机理的研究。为了提高氮肥利用率，减少氮素损失，降低氧化亚氮的产生，像脲酶抑制剂、硝化抑制剂等抑制氮素循环中某个步骤的制剂等到了应用，并取得了较好效果。美国国家科学基金会(NSF)凯洛格生物站(KBS)为美国农业设计了一个“一氧化二氮温室气体减排方法”， 该研究领导人之一、内维尔？米拉尔认为，该方法的主要价值是简单、易行。农民可以运用它尽量减少对氮肥的依赖，有利于降低农业生产对一氧化二氮的排放；而且，该方法还可以在减少地下水中的氮排放和降低大气中其他形态的氮排放方面发挥作用。
由中科院亚热带农业生态研究所魏文学研究员领衔的土壤微生物课题组一直致力于氮素循环的研究，在红壤性水稻土硝化反硝化作用过程的关键功能基因种群对施肥模式的响应，干湿交替过程中微生物硝化基因和系列反硝化基因的多样性演变及其关键基因的表达与N₂O释放的耦合机理等方面取得了一定成果，将继续探讨温室气体氧化亚氮的排放机制，为N₂O的减排提供理论依据。
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，如果只是单纯的通过分解或者选择性催化还原的方法来消除N₂O，并不是一种最好的方法。近年来主要针对高排放量的工业生产，例如己二酸的排放尾气中N₂O的体积分数在30％左右，就有学者根据N₂O回收利用做了很多工作，而且特别是研究将N₂O作为一种氧化剂与苯反应生成苯酚，使N₂O有了利用价值，更让人有兴趣的是N₂O氧化苯得到的苯酚又可以加氢制得环己醇，而环己醇正是生产己二酸的原料。如此一来，环境问题被解决的同时也带来了经济效益。如果这种工艺开发成功，将是一种变废为宝的绿色化技术路线。