氮本身沒有明顯毒性，但具有一定的脂溶性。隨著氮分壓的增加，溶解量增加。易溶于富含脂質物質的神經組織，使神經細胞膨脹，從而改變膜蛋白的功能結構，干擾三磷酸腺苷的合成，抑制鈉泵效應，導致神經細胞膜的興奮屏障，產生麻醉作用。

高分壓氮環境對腦功能的影響與吸入空氣中氮的分壓直接相關。氮分壓越高，癥狀出現得越快、越嚴重。當深水潛水作業期間水深超過30米時，通常會出現這種情況。根據氮濃度的不同，會出現興奮性增加、動作不準確、注意力不集中、嘴唇和嘴唇麻木、頭暈、嗜睡、幻覺和恐懼，嚴重時還會失去意識。

如果潛水員太快地從水下高壓環境移動到常壓環境，血液或組織中溶解的氮會迅速蒸發，形成氮氣泡，從而壓迫神經和血管，或造成微血管阻塞，從而導致減壓病或所謂的遏制疾病。皮膚直接接觸液氮會導致嚴重凍傷。

吸入高濃度氮是最常見的疾病原因。吸入大量氮氣可相對降低吸入氣體中的氧氣含量，導致缺氧和窒息。正常情況下，空氣中的氧含量約為20%～21%。如果吸入空氣中的氧氣含量低于16%，則會導致缺氧癥狀；如果吸入空氣中的氧含量下降到8%，呼吸增加，出現紫紺；當氧氣水平降至4%時，患者在幾秒鐘內失去知覺并停止呼吸，這可能導致腦水腫、肺水腫和大腦皮層基底節的永久性損傷。患者可能很快出現痙攣、昏迷和死亡。