La aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados (N) en la agricultura plantea riesgos ambientales significativos, especialmente la lixiviación de nitratos en las aguas subterráneas. Este estudio evalúa la dinámica del agua en el suelo y el transporte de urea, amonio y nitrato bajo condiciones de saturación variable en un campo experimental a largo plazo en Croacia, Europa. Utilizando los modelos HYDRUS-1D y HYDRUS-2D, simulamos el flujo de agua y la transformación y transporte de nitrógeno en seis ubicaciones monitoreadas por lisímetros durante cuatro años (2019-2023), incorporando diversas rotaciones de cultivos y adición de N. Los procesos clave modelados incluyeron la nitrificación, la hidrólisis de urea y la lixiviación de nitratos, integrando parámetros medidos en el campo y condiciones climáticas. Los modelos lograron una alta fiabilidad, con valores de R2 para el flujo de agua que oscilaban entre 0.58 y 0.97 y para el transporte de nitratos entre 0.13 y 0.97; sin embargo, algunos casos reportaron una menor fiabilidad. Los resultados revelaron que la lixiviación de nitratos estaba influenciada por los patrones de precipitación, la humedad del suelo, las etapas de crecimiento de los cultivos y el momento de la fertilización. Se observaron picos en las pérdidas de nitratos durante las primeras etapas de crecimiento de los cultivos y en los períodos posteriores a la cosecha, cuando la humedad del suelo era elevada y la absorción por parte de las plantas se reducía. Los hallazgos destacan la importancia de optimizar las estrategias de aplicación de nitrógeno para equilibrar la productividad de los cultivos y la protección ambiental. Esta investigación demuestra la efectividad de la modelización numérica como herramienta para la gestión sostenible del nitrógeno y la preservación de la calidad del agua subterránea en sistemas agrícolas. También indica la necesidad de un mayor desarrollo al capturar algunos de los procesos, como la identificación en el ciclo del N.