大気中の窒素は、非常に安定した分子である窒素ガス（N2）の形で存在するため、生物が使用できるように容易に利用できません。生物が使用するには、窒素は、より反応性があり、生物学的分子に組み込まれやすい形に変換されなければなりません。窒素固定と呼ばれるこのプロセスは、大気窒素をアンモニア（NH3）に変換する特定の細菌と古細菌によって実行されます。その後、アンモニアは、硝酸塩（NO3-）や亜硝酸塩（NO2-）などの他の窒素含有化合物に変換でき、植物や他の生物で取り上げて使用できます。