大气中的氮是以气态形式存在的，约占空气体积的78%。气态氮不能被植物和大部分微生物直接利用。氮之友以铵根离子，硝酸根离子或亚硝酸根籽粒的形式存在使才能被植物吸收。自然界中有一些微生物在固氮酶的催化作用下能够将氮还原为氨，这一过程被称为生物固氨，生物中只有原核生物才具有固氮能力。
已发现的固氮微生物主要有固氮细菌、根瘤细菌、弗兰克氏菌及蓝绿藻等。根据固氮微生物与高等植物以及其他生物的关系，可以将固氮微生物分为3类，即自生固氮菌、联合固氮菌和共生固氮菌。
一，自生固氮菌
自生固氮菌是指一类不依赖于其他种生物共生而能独立固氮的微生物。最早发现的自生固氮微生物是厌氧的固氮梭菌。自生固氮菌能独立地进行固氮作用，他们将分子态的氮固定成为氨后，并不释放到环境中去，而是用于合成自身的蛋白质，自生固氮微生物的固氮效率比较低。
二，联合固氮菌
联合固氮菌是生活在植物根际、根表、叶表和动物肠道等处时才能固氮的微生物。联合固氮菌在自然界中分布十分广泛，如小麦、玉米等农作物及一些牧草等植物根上，其主要种类有：假单胞菌属、生脂固氮螺菌、肠杆菌属等。
三，共生固氮菌
共生固氮菌是必须与其他生物共生才能进行固氮的微生物。这类微生物在同生物生物共生过程中产生了生理上密切联系的共生组织，最常见的是根瘤。属于共生固氮的微生物有：1，与豆科植物共生的固氮菌，根瘤菌属、固氮留根均属、慢性根底菌属等；2,与非豆科植物共生的固氮菌，佛兰克氏菌属；3，蓝细菌属。共生孤单微生物与植物形成一种特殊的结构，进行固氮。它的固氮效率比较高，每消耗1g葡萄糖可固定280mg氮。目前，对于根瘤菌与豆科植物的共生作用研究得比较详细。根瘤的形成和功能的4个主要阶段为：根毛的感染、根瘤的发生、根瘤的发育、氮素的同化。每个阶段均受到外界环境和植物本身生长状况的影响。
