由美国俄克拉何马大学骆亦其于2004年提出。假说认为，在没有外源氮输入的情况下，CO₂浓度增加导致生态系统土壤矿质氮有效性会随着时间的延续而降低，进而对生态系统的生产力产生限制。

当生态系统暴露在浓度升高的大气CO₂下，植物光合作用固定更多的碳进入生态系统，用于植物生物量存储并固持在土壤有机质中，少部分碳通过自养呼吸和异养呼吸返还到大气中。长期植物生物量的增长（如森林植被）和增加的土壤碳固持使得氮元素固定在有机质中。在没有新的氮输入和氮损失减少的情况下，随着大气CO₂浓度的升高，土壤矿质氮的可利用性降低。这种长期的渐进性氮限制动态会被短期氮限制所掩盖，比如短期内植物通过调节碳氮比使得氮可利用有效性提高，因而不一定会产生渐进性氮限制。长期的渐进性氮限制发生时，由于土壤矿质氮有效性降低，最终将会影响碳的固定。

在草地和森林等生态系统进行的自由空气中增加CO₂浓度实验（FACE实验）为渐进式氮限制假说的验证提供了直接实验证据。

美国明尼苏达州雪松溪草地FACE实验结果支持渐进式氮限制假说。六年的实验结果表明CO₂浓度升高对植物生长的刺激作用随着实验的进行而降低，而添加氮元素增加了CO₂对植物生长的刺激作用。

美国橡树岭森林CO₂施肥实验（ORNL-FACE）的长期结果支持渐进式氮限制假说。随着实验的进行，土壤氮匮乏导致森林的净初级生产力下降，同时对CO₂浓度升高的响应也降低，表明渐进式氮限制的发生。¹⁵N同位素示踪实验结果也表明土壤矿质氮含量降低并且CO₂浓度升高处理下的降幅更大。

尽管ORNL-FACE的实验结果支持渐进式氮限制假说，但美国杜克森林CO₂施肥实验（Duke-FACE）的结果不支持渐进式氮限制假说。可能的原因包括：①ORNL-FACE实验物种是北美枫香（Liquidambar styraciflua），而Duke-FACE实验物种是火炬松（Pinus taeda）。不同植物的组织周转速率不同从而影响氮循环的速率。北美枫香的组织周转速率快，加速了氮限制的发生。②不同森林类型土壤中丛枝菌根真菌及外生菌根真菌的比例不同也影响生态系统的氮循环速率，从而影响氮限制的发生。③实验年限太短。如果FACE实验进行的时间足够长，不同生态系统的渐进式氮限制都有可能发生。随着研究的不断深入，有些学者认为“渐进式氮限制”可能被高估，在不同的生态系统类型有不同的响应程度，进而对该假说提出了挑战。