El nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera de la Tierra y es un componente de toda la materia viva. Es esencial para la supervivencia humana, así como la supervivencia de otros animales y plantas. Pero incluso cuando están rodeados de nitrógeno en la atmósfera, los animales y las plantas no pueden hacer uso del nitrógeno libre, porque carecen de las enzimas necesarias para convertirlo en formas reactivas con las que puedan trabajar. De hecho, todas las formas de vida superiores dependen de las bacterias para realizar el trabajo de fijación de nitrógeno, en donde el nitrógeno libre se combina químicamente con otros elementos para formar compuestos más reactivos como el amoníaco, nitratos o nitritos.

La fijación de nitrógeno es una parte clave del ciclo del nitrógeno, o la circulación de nitrógeno en diversas formas a través de la naturaleza. La gran mayoría de la fijación de nitrógeno en la naturaleza es realizada por ciertos tipos de bacterias y por algas azules y verdes. Los procesos abióticos, incluidos los rayos y la radiación ultravioleta, así como la conversión a amoníaco a través del proceso Haber-Bosch, fijan cantidades más pequeñas de nitrógeno atmosférico.

Los compuestos a base de nitrógeno producidos a partir de la fijación de nitrógeno se absorben en los tejidos de las algas y las plantas. Los animales comen las algas y las plantas, absorbiendo los compuestos en sus propios tejidos. Los animales usan los compuestos en sus células, o los compuestos se descomponen y excretan en forma de urea y otros desechos. Los compuestos a base de nitrógeno liberados como desechos o presentes en los cuerpos de organismos muertos se convierten en amoníaco y, posteriormente, en nitratos y nitritos. Estos compuestos se convierten nuevamente en nitrógeno atmosférico por las llamadas bacterias desnitrificantes en el medio ambiente.