HNLC海区占海洋面积的20%，主要分布于亚北极太平洋、东赤道太平洋的上升流区和南大洋的海区。大洋表层海水中浮游植物所必需的一些无机盐（如硝酸盐）的浓度通常很低，甚至达到限制浮游植物生产力的水平。但在HNLC海区，表层水的无机盐浓度较高，而且不会被浮游植物消耗到很低水平。

关于HNLC海区的形成，主要有铁假说和摄食控制假说。

铁假说认为是铁限制了海区中浮游植物的生长，控制藻华的形成。铁是合成氨基酸所必需的微量元素，在硝酸盐和亚硝酸盐降解、叶绿素合成以及光合作用中起着重要作用。由于海洋中铁的来源主要是大气沉降和深层水通过上升流带到海表，远离大陆而又相对稳定的大洋中的铁和其他一些微量元素的浓度非常低，从而限制了浮游植物对硝酸盐的吸收能力，进而抑制光合作用和初级生产力。铁限制对个体较大的浮游植物（如硅藻）的生长的影响明显，而个体较小的鞭毛藻由于比表面积较大有利于对铁的吸收利用而成为HNLC海区的优势种。从1993年开始，13个在不同HNLC海区进行的铁加富现场实验均发现，铁的添加可以促进浮游植物的生长，形成藻华。这些结果表明，铁限制了海洋的生产力，同时铁假说也为缓解温室效应提供了一个新途径。

摄食控制假说认为，个体较小的浮游植物通常被小型浮游动物（原生动物）所摄食，而原生动物的生长速率与其饵料藻相当，甚至更高。因此原生动物能控制浮游植物的大规模增长乃至藻华的形成。大型桡足类浮游动物也在春季大量繁殖，对硅藻等个体较大的浮游植物形成摄食压力。由于浮游植物的生物量一直受到控制，营养盐不会被消耗殆尽，也就导致了HNLC海区高硝酸盐水平。

缺铁导致的生理学限制、摄食压力以及海水的物理作用共同导致了HNLC区域的低生产力。各个因素对低生产力的贡献因各HNLC区域而不同。铁限制导致适应低铁环境的较小的浮游植物快速生长，而小型浮游动物摄食使这些微小的浮游植物的数量处在平衡状态。另外高纬度HNLC区域强烈的海水混合也可能把浮游植物带入生长必需的临界深度以下，导致浮游植物受光的限制而无法生长。