氮是蛋白质的基本成分，因此，它是一切生命结构的原料。
虽然大气中氮的含量非常丰富（78%），然而氮是一种惰性气体，植物不能直接利用。必须通过固氮作用将游离的氮结合成为硝酸盐或亚硝酸盐，或与氢结合成氨，才能为大部分生物所利用，参与蛋白质的合成。因此，大气中的氮被固定后，才能进入生态系统，参与循环。
固氮的途径有三种：（1）通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发活动等高能固氮，其结果是形成氨或硝酸盐，随着降雨到达地球表面。据估计，通过这种方式固定的氮大约为8.9 kg/（hm2·a）；（2）工业固氮，这种固氮形式的能力已越来越大。20世纪80年代初全世界工业固氮能力为3×107 t，到20世纪末，可达1×108 t；（3）生物固氮（最重要的途径），大约为100～200 kg/（hm2·a），大约占地球固氮的90％。能够进行固氮的生物主要是固氮菌，在潮湿的热带雨林中生长在树叶和附着在植物体上的藻类和细菌也能固定相当数量的氮，其中一部分固定的氮为植物本身利用。
氮在环境中的循环可用图5-9表示。植物从土壤中吸收无机状态的氮，主要是硝酸盐，用做合成蛋白质的原料。这样，环境中的氮进入了生态系统。植物中的氮一部分为植食动物所取食，合成动物蛋白质。在动物代谢过程中，一部分蛋白质分解为含氮的排泄物 （尿素、尿酸），再经过细菌的作用，分解释放出氮。动植物死亡后经微生物等分解者的分解作用，使有机态氮转化为无机态氮，形成硝酸盐。硝酸盐可再为植物所利用，继续参与循环，也可被反硝化细菌作用，形成氮气，返回大气中。
因此，含氮有机物的转化和分解过程主要包括氨化作用、硝化作用和反硝化作用。
氨化作用：氨化细菌和真菌将有机氮（氨基酸和核酸）分解成为氨与氨化合物，氨溶水即成为NH+4，可被植物直接利用。
硝化作用：在通气情况良好的土壤中，氨化合物被细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用。土壤中还有一部分硝酸盐变为腐殖质的成分，或被雨水冲洗掉，然后流到湖泊和河流，最后到达海洋，为水生植物所利用。海洋中还有相当数量的氨沉积于深海而暂时脱离氮循环。
反硝化作用：也称脱氮作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气。
因此，在自然生态系统中，一方面通过各种固氮作用使氮素进入物质循环，另一方面又通过反硝化作用、淋溶沉积等作用使氮素不断重返大气，从而使氮的循环处于一种平衡状态。
