Równie ważne jak ograniczanie emisji dwutlenku siarki jest ograniczanie emisji tlenków azotu (NOx). Jest to grupa związków będących produktem spalania, którą jest niezwykle trudno wyeliminować ze spalin za kotłem. W 1992 roku w celu ograniczenia emisji związków azotu wprowadzono w Elektrowni Bełchatów metody pierwotne ograniczania emisji NOx polegające na optymalizacji procesu spalania. Zoptymalizowano nadmiar powietrza na wylocie z komór paleniskowych i ciśnienia w kolektorze gorącego powietrza kotłów. Zmodernizowano także układy automatycznej regulacji i elementy wykonawcze urządzeń ciągów technologicznych odpowiedzialnych za realizację zoptymalizowanych parametrów pracy kotłów. W wyniku wspomnianych działań osiągnięto redukcję NOx o ok. 40%. Obecnie kończy się kolejny etap związany z modernizacją bloków, podczas których zastosowano, celem redukcji NOx, palniki niskoemisyjne, osiągają stężenie około 200 mg NOx/Nm3. Modernizację zakończono na blokach 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11 i 12. W trakcie modernizacji są bloki 9 i 10. Ponadto rozpoczęto budowę instalacji SNCR do redukcji NOx poprzez dawkowanie mocznika.