我们知道，氮肥是最重要的农业肥料，它的主要成分是氨。19世纪，一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在20世纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题，于是开始设计以氮和氢为原料的合成生产氨的流程。
利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。
18世纪20年代后期，英国的牧师、化学家哈尔斯，用氯化铵与石灰的混合物在以水封闭的曲颈瓶中加热，只见水被吸入瓶中而不见气体放出。18世纪70年代中期，化学家普利斯德里重做这个实验，采用汞代替水来密闭曲颈瓶，制得了碱空气（氨）。
19世纪末，法国化学家勒夏特利是最先研究氢气和氮气在高压下直接合成氨的反应。很可惜，由于他所用的氢气和氮气的混合物中混进了空气，在实验过程中发生了爆炸。
虽然在合成氨的研究中化学家遇到的困难不少，但是，德国的物理学家、化工专家哈伯和他的学生勒·罗塞格诺尔仍然坚持系统的研究。起初他们想在常温下使氨和氢反应，但没有氨气产生。他们又在氮、氢混合气中通以电火花，只生成了极少量的氨气，而且耗电量很大。后来才把注意力集中在高压这个问题上，他们认为高温高压是最有可能实现合成反应的。
但什么样的高温和高压条件为最佳？以什么样的催化剂为最好？这还必须花大力气进行探索。以锲而不舍的精神，经过不断的实验和计算，哈伯终于在20世纪初取得了鼓舞人心的成果。这就是在600℃的高温、200个大气压和以锇为催化剂的条件下，能得到产率约为8%的合成氨。8%的转化率不算高，当然会影响生产的经济效益。哈伯知道合成氨反应不可能达到像硫酸生产那么高的转化率，在硫酸生产中二氧化硫氧化反应的转化率几乎接近于100%。怎么办？哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工，并从这个循环中不断地把反应生成的氨分离出来，则这个工艺过程是可行的，于是他成功地设计了原料气的循环工艺。这就是合成氨的哈伯法。
哈伯把他们取得的成果介绍给他的同行和巴更苯胺纯碱公司，并在他的实验室做了示范表演。尽管反应设备事先做了细致的准备工作，可是实验开始不久，有一个密封处就受不住内部的压力，于是混合气体立即冲了出来，发出惊人的呼啸声。
他们立即把损坏的地方修好，又进行几小时的反应后，公司的经理和化工专家们亲眼看见清澈透明的液氨从分离器的旋塞里一滴滴地流出来。但是，实验开始时发生的现象确实是一个严重的警告，说明在设计这套装置，必须采取各种措施，以避免不幸事故发生。哈伯的那套装置，在示范表演后的第二天发生了爆炸。整个设备顷刻之间变成一堆七歪八扭的烂铁。随后，刚刚安装好的盛着催化剂锇的圆柱装置也爆炸了。这时金属锇粉遇到空气又燃烧起来，结果，把积存备用的价值极贵的金属锇几乎全部变成了没有多大用处的氧化锇。
尽管连续出了一些爆炸事故，但巴登公司的经理布隆克和专家们还是一致认为这种合成氨方法具有很高的经济价值。于是该公司不惜耗巨资，还投入强大的技术力量，并委任德国化学工程专家波施将哈伯研究的成果设计付诸生产。波施花了整整5年的时间主要做了两项工作。
第一，从大量的金属和它们的化合物中筛选出合成氨反应的最适合的催化剂。在这项研究中波施和他的同事做了两万多次实验，才肯定由铁和碱金属的化合组的体系是合成氨生产最有效、最实用的催化剂，用以代替哈伯所用的锇和铀。第二，建造了能够耐高温和高压的合成氨装置。最初，他采用外部加热的合成塔，但是反应连续几小时后，钢中的碳与氨发生反应而变脆，合成塔很快地报废了。后来，他就将合成塔衬以低碳钢，使合成塔能够耐氢气的腐蚀。第三，解决了原料气氮和氢的提纯以及从未转化完全的气体中分离出氨等技术问题。经波施等化工专家的努力，终于设计成了能长期使用的操作合成氨装置。
哈伯合成氨的第二年，巴登苯胺纯碱公司建立了世界上第一座合成氨试验工厂，三年后建立了大工业规模的合成氨工厂。合成氨生产方法的创立不仅开辟了获取固定氮的途径，更重要的是这一生产工艺的实现对整个化学工艺的发展产生了重大的影响。合成氨的研究来自正确的理论指导，反过来合成氨生产工艺的研究又推动了科学理论的发展。
1914年世界大战爆发，民族沙文主义所煽起的盲目的爱国热情将哈伯深深地卷入战争的漩涡。他所领导的实验室成了为战争服务的重要军事机构：哈伯承担了战争所需的材料的供应和研制工作，特别在研制战争毒气方面。他曾错误地认为，毒气进攻乃是一种结束战争、缩短战争时间的好办法，从而担任了大战中德国施行毒气战的科学负责人。
根据哈伯的建议，德军把装盛氧气的钢瓶放在阵地前沿施放，借助风力把氯气吹向敌阵。第一次野外试验获得成功。接着，在德军发动的伊普雷战役中，在6公里宽的前沿阵地上，德军5分钟内施放了180吨氯气，约一人高的黄绿色毒气借着风势沿地面冲向英法阵地（氯气比重较空气大，故沉在下层，沿着地面移动），进入战壕并滞留下来。这股毒浪使英法军队感到鼻腔、咽喉的痛，随后有些人窒息而死。这样英法士兵被吓得惊慌失措，四散奔逃。据估计，英法军队约有15000人中毒。这是军事史上第一次大规模使用杀伤性毒剂的现代化学战的开始。毒气所造成的伤亡，连德国当局都没有估计到。
然而使用毒气进行化学战，在欧洲各国遭到人民的一致谴责。哈伯也因此在精神上受到很大的震动，战争结束不久，他害怕被当作战犯而逃到乡下约半年。
战后，哈伯庄严地声明：“40多年来，我一直是以知识和品德为标准去选择我的合作者，而不是考虑他们的国籍和民族，在我的余生，要我改变认为是如此完好的方法，则是我无法做到的。”科技的发明对人类而言，永远都是把双刃剑。用得好，会为人类的发展做出贡献，用不好，则会带来难以想象的后果。发明化学毒气不是化学家的错，而是被战争集团利用的结果。因此，化学武器在战场上的运用与化学家没有必然的联系，这也不是哈伯的错。
科技的发明对人类而言，永远都是把双刃剑。用得好，会为人类的发展作出贡献，用不好，则会带来难以想象的后果。发明化学毒气不是化学家的错，而是被战争集团利用的结果。因此，化学武器在战场上的运用与化学家没有必然的联系，这也不是哈伯的错。