A fixação de azoto (conversão de azoto atmosférico N₂ em forma assimilável por plantas/organismos) é vital pois é a principal fonte de azoto no solo (necessário para crescimento vegetal). Organismos vivos precisam de azoto para aminoácidos (proteínas) e ácidos nucleicos (RNA, ADN).
Azoto é o elemento mais abundante na atmosfera. Fixação é a redução de N₂ atmosférico a amoníaco (NH₃), resultando em ião amónio (ácido conjugado). Como N₂ atmosférico é quimicamente estável e pouco reativo, não é útil à maioria dos organismos. Organismos consomem amoníaco, que se decompõe e reconverte em N₂ atmosférico.
Bactérias fixadoras usam nitrogenase, enzima com forma de borboleta contendo átomo de molibdénio. Solo deficiente em molibdénio não sustenta fixação eficaz. Nitrogenase requer enorme energia para converter N₂ em amoníaco. Bactérias livres buscam nutrientes; outras usam simbiose com plantas para energia.
Bactérias não livres desenvolvem associações simbióticas com plantas para energia. Plantas fornecem açúcares (energia e carbono para reações sintéticas das bactérias). Bactérias fornecem à planta azoto fixado. Exemplo: Anabaena vive em simbiose com feto de água Azolla. Azolla prospera em arrozais, sombreia o feto; este morre e liberta azoto armazenado — fertilização sem químicos.
Fixação também ocorre por raios. Cheiro forte (semelhante a amoníaco) é azoto fixado pelo raio. Porém, quantidade muito pequena do azoto mundial fixa-se assim; maioria vem de bactérias fixadoras.