一、氮循环
自然界的氮和碳、氧一样也在不断地循环称为氮循环(nitrogen cycle)，含有大量氮化合物的动、植物遗体和排泄物，经微生物的作用分解为氮，某些微生物又能够将空气中的氮气固定为氨。这就是土壤中氨的来源。
二、氮化作用
蛋白质、氨基酸、尿素以及其他的有机含氮化合物由微生物分解为氨的过程称为氮化作用（ammonification）。
绝大多数有机营养微生物都有不同程度的氨化能力。蛋白质的氨化是不同种微生物相继
作用的结果。例如蜡状芽胞杆菌(Bacillus cereus)具有活性极高的蛋白水解酶，能将蛋白质降解为游离氨基酸，而萤光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)能将氨基酸分解生成氨。因此萤 光假单胞菌被认为是氨化微生物。
尿素由尿素细菌分解后形成氨、氨甲酸及其铵盐。
三、生物固氮作用
植物一般能利用NH4+或硝酸化物(NO2-，NO3-)作为所需氮源，但不能利用空气中的氮气。只有少数几种生物能够应用空气中的氮，将其还原为氨。这就是生物固氮作用(Biological nitrogen fixation)。生物固氮概括地说是指某些微生物和藻类通过其体内固氮酶系的作用将分子氮转变为氨的作用。 因地壳含有极少的可溶性无机氮盐，所有生物几乎都需要依赖固氮生物固定大气中的氮而生存，因此生物固氮对维持自然界的氮循环起着极为重要的作用。对固氮生物的研究和利用能为农业开辟肥源，对维持和提高土壤肥力有很大意义。
四、固氮生物的类型
有固氮能力的生物可分为自养(autotrphic)固氮和共生（symbiotic）固氮两大类。
自养固氮生物是指能独立依靠自身提供能量和碳源进行固氮的生物，这类微生物能利用
土壤的有机物，或通过光合作用合成各种有机物，并能将分于氮转变为氨态氮。自养固氮微
生物中又包括好气和厌气细菌、光能自养细菌、烃氧化细菌、蓝藻等。
蓝藻是一种固氮能力较强的光自养因氮生物，能在无氮肥的环境中直接利用太阳能进行光合作用，同时进行固氮作用。
烃氧化细菌能利用多种烃类化合物作为碳源，并固定大气中的氮。
以上这些生物固氮的第一个重要产物是氨，被其他生物利用后转变为亚硝酸、硝酸或氨基酸等。
共生固氮生物的特点是当独立生活时，没有固氮能力，当侵入宿主植物(一般为豆科植物根部)后，在根部形成根瘤，从宿主植物摄取碳源和能源借以进行固氮作用。并供给宿主以氮源，同时也满足自身氮源的需要。固氮细菌所需的能量是相当可观的，相当植物体生成能的5倍(ATP)。
微生物的固氮量每年大约为2×l011公斤(千克)。
