生物把空气中分子态氮进行固定，作为其氮源而进行同化的现象。固氮菌、梭状芽胞杆菌属（Clostridium）、各种光合细菌、其他多种细菌以及许多蓝藻都具有这种活性，还有豆科植物的根瘤菌、山桃或赤杨等与某种放线菌存在共生关系时也能进行固氮。氮素固定的酶系统已从上述多种生物的细胞外抽提液获得并提纯。通过这种酶系统可把氮还原成氨，但还没有发现在还原中有稳定的中间产物。为了进行还原，除了直接使氮素活化的固氮酶外，还需要有还原用的电子供体、电子传递酶以及ATP．固氮酶是由含铁钼的酶蛋白质和含铁的酶蛋白质共同构成。据认为进行电子传递的酶是铁氧化还原蛋白等。另外，电子供体的种类及其供给方式，可因固氮生物的种类而各具特征。即使是固氮菌在利用氨等生长时，菌体中也不产生固氮酶。固氮酶系统除分子态氮素以外，还能够还原氧化氮、叠氮、乙炔等。特别是因为乙炔还原为乙烯的反应比较容易测定，所以常常利用这个特点对菌体或细菌抽提液进行氮素固定能力的测定。