氮本身没有明显毒性，但具有一定的脂溶性。随着氮分压的增加，溶解量增加。易溶于富含脂质物质的神经组织，使神经细胞膨胀，从而改变膜蛋白的功能结构，干扰三磷酸腺苷的合成，抑制钠泵效应，导致神经细胞膜的兴奋屏障，产生麻醉作用。

高分压氮环境对脑功能的影响与吸入空气中氮的分压直接相关。氮分压越高，症状出现得越快、越严重。当深水潜水作业期间水深超过30米时，通常会出现这种情况。根据氮浓度的不同，会出现兴奋性增加、动作不准确、注意力不集中、嘴唇和嘴唇麻木、头晕、嗜睡、幻觉和恐惧，严重时还会失去意识。

如果潜水员太快地从水下高压环境移动到常压环境，血液或组织中溶解的氮会迅速蒸发，形成氮气泡，从而压迫神经和血管，或造成微血管阻塞，从而导致减压病或所谓的遏制疾病。皮肤直接接触液氮会导致严重冻伤。

吸入高浓度氮是最常见的疾病原因。吸入大量氮气可相对降低吸入气体中的氧气含量，导致缺氧和窒息。正常情况下，空气中的氧含量约为20%～21%。如果吸入空气中的氧气含量低于16%，则会导致缺氧症状；如果吸入空气中的氧含量下降到8%，呼吸增加，出现紫绀；当氧气水平降至4%时，患者在几秒钟内失去知觉并停止呼吸，这可能导致脑水肿、肺水肿和大脑皮层基底节的永久性损伤。患者可能很快出现痉挛、昏迷和死亡。