Nitrogen dalam bentuk N2, ditemukan sebagai bagian dari atmosfer, mengintegrasikan 78% darinya. Merupakan unsur yang cukup inert, tidak mudah bereaksi dengan senyawa lain, sehingga sebelum digunakan oleh sebagian besar makhluk hidup harus melalui proses fiksasi.
Proses fiksasi nitrogen ini didefinisikan sebagai kombinasinya dengan oksigen atau hidrogen. Penggabungan dilakukan dengan beberapa cara berbeda: yang pertama adalah melalui pelepasan listrik dari atmosfer: petir dan bunga api menyebabkan nitrogen atmosfer bergabung dengan oksigen, dan senyawa yang terbentuk dibawa oleh hujan menuju tanah. Rute kedua adalah fiksasi biologis nitrogen, yang dilakukan oleh bakteri yang mampu mengambil nitrogen dan menggabungkannya melalui enzim. Beberapa dari bakteri ini hidup bebas di tanah, dan yang lain bersimbiosis dengan beberapa jenis tanaman. Cara lain dari fiksasi nitrogen adalah fotokimia, yang digunakan dalam industri produksi pupuk.
Fiksasi biologis nitrogen terdiri dari transformasi N2 menjadi amonia (NH3) yang terionisasi ke NH 4 + atau nitrat (NO3-). , melalui enzim nitrogenase, yang ditemukan pada beberapa jenis bakteri dan cyanobacteria. Karena nitrogenase hanya bekerja tanpa oksigen, bakteri yang memilikinya diisolasi darinya, hidup di bawah lapisan lendir yang menutupi akar tanaman tertentu atau ditemukan di dalam penebalan khusus akar beberapa kacang polong, yang disebut nodul.
Bakteri yang hidup pada bintil kacang-kacangan memiliki hubungan simbiosis dengannya, menerima karbohidrat dari tanaman, dan menyediakan nitrogen. Dalam kelompok bakteri ini, genus Rhizobium dan Azotobacter menonjol.
Di lingkungan akuatik, mikroorganisme yang bertanggung jawab untuk fiksasi nitrogen adalah cyanobacteria. Beberapa spesies pakis air, seperti Azorella, memiliki rongga di mana cyanobacteria hidup, bertanggung jawab untuk menyediakan nitrogen bagi tanaman.
Jumlah tahunan nitrogen yang difiksasi oleh bakteri sangat besar, sekitar 200 juta ton per tahun. Nitrogen ini, dalam bentuk nitrat dan amonium, dapat diasimilasi oleh tanaman, yang menggunakannya untuk mensintesis asam amino, protein, dan asam nukleat. Kemudian hewan herbivora memperoleh nitrogen dengan memakan tanaman ini, dan dengan demikian unsur ini mulai melakukan perjalanan ke seluruh rantai makanan.