El nitrógeno (N) es el macronutriente principal que apoya la agricultura global. El proceso Haber-Bosch revolucionó el uso de fertilizantes sintéticos de N, permitiendo aumentos significativos en el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, las pérdidas de N por fertilización llevaron a impactos negativos en el medio ambiente. Mejorar la eficiencia en el uso de N (NUE) de los cultivos ha estado limitado por la comprensión reducida de los mecanismos de absorción y asimilación de N, y el papel de las interacciones planta-microbio. Entre los enfoques biológicos, la fijación de N por cultivos de cobertura y simbiosis con rizobios representa una estrategia fundamental para mejorar la NUE. La adopción de bacterias promotoras del crecimiento de las plantas y hongos micorrízicos arbusculares puede mejorar la adquisición de N al aumentar la superficie radicular, modular los niveles de fitohormonas y facilitar la transferencia de nutrientes. Los avances en biología molecular de plantas han identificado actores clave y reguladores de la NUE (enzimas, transportadores y factores de transcripción sensibles al N), que mejoran la absorción y asimilación de N. Las estrategias biotecnológicas emergentes incluyen la domesticación mediante edición del genoma de parientes silvestres de cultivos para combinar rasgos de NUE y resiliencia al estrés en cultivares domesticados. Además, fertilizantes novedosos con liberación controlada de nutrientes y movilización de nutrientes mediada por microbios, tienen el potencial de sincronizar la disponibilidad de N con la demanda de las plantas, reduciendo pérdidas y aumentando la NUE. Juntas, estas estrategias forman un marco multidimensional para mejorar la NUE, mitigar los impactos ambientales y facilitar la transición hacia sistemas agrícolas más sostenibles.