有研究表明硝酸鹽有致畸性.孕婦攝入大量的硝酸鹽后會引起嬰兒先天畸形，主要是中樞神經瘤.1982年有人發現澳大利亞南部一種地方性新生兒先天畸形，主要是中樞神經系統疾病.經過大量病例調查，他們指出地下水含硝酸鹽過高是致病的原因，研究表明當飲用水的NO3含量超過15mg/L時，新生兒先天畸形發病率提高了4倍.
硝酸鹽和亞硝酸鹽的致癌性一直有很大的爭議.很多人傾向于認為它是形成致癌物一亞硝胺的前體.在一份利弊調查報告中，FDA計算出全美國每年有135例癌癥患者的死亡和亞硝酸鹽有關，但如果在肉制品中不加亞硝酸鹽，也將有22例由于肉毒素中毒而死亡.據報道有13個國家的生態學相關分析中發現NO3攝入量與胃癌死亡率呈正相關.但中國69個縣的生態學相關研究中未能發現NO3暴露程度與胃癌死亡率的關系.這可能與中國居民的膳食結構有很大關系，因為中國居民膳食多以糧谷和蔬菜為主，蔬菜雖然含有大量的硝酸鹽，但蔬菜同時也含有亞硝基化反應的阻斷劑（如維生素C和黃酮類物質等）.