Pencemaran kursus air bawah tanah dengan baja sintetik merupakan masalah utama di banyak kawasan pertanian. Penggunaan baja konvensional pada tanaman boleh memberi kesan buruk pada saluran air terutamanya nutrien larian dari baja berlebihan yang mengakibatkan pertumbuhan tumbuhan yang padat dan mengurangkan jumlah oksigen. Fenomena ini dikenali sebagai eutrofikasi. Organisme sedia ada yang hidup di dalam air menggunakan oksigen yang tersisa, menyebabkan kekurangan oksigen menyebabkan kematian akuatik.
Sebahagian sebatian sintetik yang digunakan untuk menghasilkan baja juga memberi kesan negatif kepada alam sekitar apabila masuk ke dalam sumber air. Sebagai contoh, nitrogen ammonia dan nitrat adalah pencemar utama di sungai dan tasik, yang membawa kepada eutrofikasi dan pencemaran air bawah tanah. Kerana pencemar ini adalah larut air dan boleh kekal dalam air bawah tanah selama beberapa dekad, penambahan lebih banyak nitrogen selama bertahun-tahun mempunyai kesan yang lebih teruk.
Pencemaran air bawah tanah sering dikaitkan dengan kanser gastrik, kecacatan kelahiran, hipertensi, kanser testis dan kanser perut. Salah satu kesan negatif adalah “methemoglobinemia” atau Sindrom Bayi Biru. Risiko berlaku adalah tinggi apabila bayi diberi formula yang direkabentuk semula dengan air yang dicemar dengan nitrat. Keadaan ini menyebabkan penurunan oksigen dalam darah dan menyebabkan warna kulit bayi menjadi kelabu-biru, menyebabkan keletihan dan boleh menyebabkan koma atau kematian.
Sistem pertanian organik yang terurus dengan baik dengan kemampuan tanah menampung nutrien yang lebih baik (dengan penggunaan baja organik, sebagai contohnya), dapat mengurangkan risiko pencemaran air bawah tanah. Di sesetengah kawasan di mana pencemaran adalah masalah besar, penukaran kepada pertanian organik adalah sangat digalakkan sebagai langkah pemulihan.