生物把空氣中分子態(tài)氮進行固定，作為其氮源而進行同化的現(xiàn)象。固氮菌、梭狀芽胞桿菌屬（Clostridium）、各種光合細(xì)菌、其他多種細(xì)菌以及許多藍(lán)藻都具有這種活性，還有豆科植物的根瘤菌、山桃或赤楊等與某種放線菌存在共生關(guān)系時也能進行固氮。氮素固定的酶系統(tǒng)已從上述多種生物的細(xì)胞外抽提液獲得并提純。通過這種酶系統(tǒng)可把氮還原成氨，但還沒有發(fā)現(xiàn)在還原中有穩(wěn)定的中間產(chǎn)物。為了進行還原，除了直接使氮素活化的固氮酶外，還需要有還原用的電子供體、電子傳遞酶以及ATP．固氮酶是由含鐵鉬的酶蛋白質(zhì)和含鐵的酶蛋白質(zhì)共同構(gòu)成。據(jù)認(rèn)為進行電子傳遞的酶是鐵氧化還原蛋白等。另外，電子供體的種類及其供給方式，可因固氮生物的種類而各具特征。即使是固氮菌在利用氨等生長時，菌體中也不產(chǎn)生固氮酶。固氮酶系統(tǒng)除分子態(tài)氮素以外，還能夠還原氧化氮、疊氮、乙炔等。特別是因為乙炔還原為乙烯的反應(yīng)比較容易測定，所以常常利用這個特點對菌體或細(xì)菌抽提液進行氮素固定能力的測定。