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从19世纪后期开始，人们已经越来越认识到肥料对于农业生产的重要性。随着人口的增多，没有足够的肥料就无法种出足够的粮食，也就无法养活地球上所有的人。最初的肥料是海岛上的鸟粪，然而这种资源很快就被用光。之后，智利的硝酸盐矿成为世界肥料的主要甚至是唯一的来源。
有识之士也认识到，硝酸盐矿不可再生，总有采完的一天。于是从19世纪后期开始，求助于化学就成为一种共识。空气中充满了氮气，而氢气也不难获得，但如何把它们变成氨，就成了化学家们需要解决的问题，然而，他们尝试了许多方法，都没有获得有现实意义的成功。
1904年，德国化学博士弗里茨·哈伯接受了一个课题——通过实验来判断能否把氮气和氢气合成氨。这是一个很有挑战性的课题，而实际上哈伯的个人态度是“不能”。不过，作为一名科学工作者，他并没有基于自己的倾向下结论，而是和他的助手一起做了实验。在1 000℃左右的高温下，他们用铁作为催化剂得到了一些氨，但转化率只有0.012%。这样的转化率没有任何生产价值，于是他们准备放弃这项研究。
当时有一位化学教授叫能斯特，他名声显赫，堪称学界大佬。他提出了热力学第三定律，并于1920年获得了诺贝尔化学奖。根据能斯特的理论计算，合成氨的转化率明显低于哈伯的实验结果。能斯特选择在加压的情况下做实验，这样便于准确地测量产率。1906年，能斯特告诉了哈伯他的实验结果，指出哈伯的结果不对。哈伯深受刺激，只好再次重复之前的实验。这次的结果更为精确，但是实验结果依然高于能斯特的理论值。
在多数情况下，实验值和理论值有一定偏差会被人们接受。但能斯特不这么想，他公开质疑哈伯的结果，暗示其实验存在问题。
学界大佬的苦苦相逼，给尚未成名的哈伯带来了巨大的压力。他和助手采用能斯特的加压方式再做实验，试图证明自己的实验并不存在问题。在实验过程中，他们发现：如果把压力加到更高（当时能够达到的最大压力是200个大气压），并把反应温度降低到600℃左右，那么合成氨的转化率能够达到8%左右。这个转化率就很有生产价值了。
这一巨大的发现极大地鼓舞了哈伯和助手，与能斯特的较劲也就无关紧要了。他们设计了新的实验装置，在1909年7月2日进行了展示。在200个大气压和500℃的温度下催化，氨的转化率达到了10%。那一天，他们生产出了100毫升的液氨。
这一事件标志着人类攻克了利用单质气体合成氨的难题，使人类通过化学方法生产肥料成为可能。当然，这个实验装置只是展示了原理，真正要进行工业生产还有太多的实际困难需要克服。巴斯夫公司的卡尔·波什接受了将实验装置转化成工业生产装置的任务。经过两年多的努力，波什终于在1912年制造出了日产超过1吨氨的设备。
能斯特大概做梦也没有想到，一时的意气之争会促使哈伯和波什把合成氨从理论上的可能转化为商业化的生产。他对哈伯的专利提出了异议，认为哈伯的实验是基于他的实验来做的。经过谈判，巴斯夫公司最后向能斯特支付了共计5万马克的酬劳，能斯特因此撤回了对哈伯专利的控诉。
1914年，巴斯夫公司的合成氨工厂已经达到了年产7 200吨的规模。这些氨可以生产出36 000吨硫铵肥料。对于农业生产来说，这是一个巨大的福音。
然而，这一年爆发了第一次世界大战。氨不仅可以制作肥料，也可以制作炸药。此前，德国通过海运从智利进口硝酸盐。战争开始后，英国切断了德国的海上运输线，巴斯夫公司合成的氨也被征用去制作炸药。历史学家认为，如果不是这些氨支撑军火生产，德国可能在1916年就战败了。然而，进口硝酸盐矿被切断，工业合成氨又被用于军需，导致用于农业生产的肥料严重匮乏，粮食生产也无以为继。1918年，一战结束，而粮食的缺乏便是德国战败的原因之一。
战争伊始，哈伯就把兴趣转向了化学武器。他监制的化学武器在1915年大规模用于战争，造成5 000人死亡。他也因此被称为“化学武器之父”。第一次世界大战结束之后，哈伯获得了1918年诺贝尔化学奖。这引起了各国科学家的抗议，不过评奖的瑞典皇家科学院坚持认为：合成氨提高了农业生产水平，将造福人类。这也的确是事实，20世纪世界人口激增，如果没有以合成氮肥为基石的绿色革命，那么将会有一半的人陷入饥荒。