Океан является одновременно источником и поглотителем N₂O. Морские экосистемы производят N₂O преимущественно в зонах с пониженным содержанием кислорода — зонах минимума кислорода (ЗМК) и прибрежных «мёртвых зонах».
Зоны минимума кислорода формируются там, где биологическое потребление кислорода превышает его поступление из атмосферы и за счёт вертикального перемешивания. Крупнейшие ЗМК расположены в восточной части Тихого океана, Аравийском море и Бенгальском заливе.
В условиях дефицита кислорода микробиологическая денитрификация становится основным путём деградации органического вещества. При этом N₂O является промежуточным продуктом, который накапливается и диффундирует в атмосферу. Измеренные концентрации N₂O в ЗМК могут в 100-1000 раз превышать равновесные с атмосферой значения.
Прибрежные «мёртвые зоны» создаются эвтрофикацией — избыточным поступлением биогенных элементов (в первую очередь азота и фосфора) с речным стоком. В мире насчитывается более 400 прибрежных «мёртвых зон», и их число неуклонно растёт. Эти зоны — непропорционально мощные региональные источники N₂O.
Глобальный океанический поток N₂O в атмосферу оценивается в 1-4 Тг N/год — около 20-30% природных выбросов. Оценка сопряжена со значительной неопределённостью из-за высокой пространственной изменчивости потоков и неполного охвата измерениями.
Нагревание и закисление океана в результате изменения климата усиливают расширение ЗМК, что, по прогнозам, приведёт к увеличению океанических выбросов N₂O в XXI веке.