化肥污染是指農業生產過程中過量施用氮肥、磷肥、鉀肥等化肥而對土壤造成的污染。這種污染會導致土壤物理性質的惡化，如土壤肥力下降、土壤板結，以及土壤中營養成分比例失調。長期大量施用化肥會導致土地有機質損耗得不到補償，土壤中的氮、磷、鉀等元素失調，從而造成新的危害，使得增產效果降低。化肥的生產和加工過程中可能會引入重金屬元素或有毒元素，如磷肥中可能含有鎘、汞、砷、鋅等，這些元素在土壤中積累可能對生態環境和人類健康構成潛在危害。
化肥污染還包括對地表水和地下水的污染，可能導致水體富營養化，促進藻類大量繁殖，消耗水體中的溶解氧，導致水中魚類大量死亡。此外，化肥中的氮肥揮發氨氣與釋放氮氧化物，以及硝化和反硝化過程中釋放的二氧化氮，不僅會造成溫室效應，還可能在光化學反應中消耗臭氧，破壞臭氧層。
化肥污染還表現為硝酸鹽在農產品中積累，特別是蔬菜，這已成為癌症發生的一個重要環境因素。未被作物吸收利用和未被根層土壤吸收固定的化肥，會在土壤根層以下積累或轉入地下水，成為污染物質。這些硝酸鹽通過食物鏈影響人體健康。