Il terzo gas serra in ordine di importanza è il protossido di azoto (N2O). Nonostante sia meno presente in atmosfera rispetto ad anidride carbonica e sostanze azotate, ha un elevato potere assorbente nei confronti dei raggi infrarossi (circa 200 volte superiore alla CO2) ed ha un tempo di residenza più lungo di tutti gli altri gas serra, circa 150 anni.
Circa un terzo delle emissioni di questa molecola sono di origine antropica, ed in particolare agricola (fertilizzanti, coltivazione del terreno, allevamento e combustione), mentre la restante parte è legata a processi anaerobici di denitrificazione del terreno, dalla tundra e dagli oceani.
A seguito della rivoluzione industriale, le concentrazioni di protossido di azoto nell’atmosfera sono aumentate del 20% (IPCC, 2013) e l’incremento è stato più rapido della capacità del sistema Terra-atmosfera di rimuovere tale gas dall’atmosfera. I livelli di concentrazione di protossido di azoto sono oggi superiori rispetto agli ultimi 800.000 anni.