虽然分子氮（N₂）占地球大气的近 80%，但氮气在化学上是惰性的，难以反应。只有少数生物能够将其纳入有机分子中，这一过程称为固氮作用（nitrogen fixation）。固氮作用既发生在某些微生物中，也可通过某些地球物理过程（如闪电放电）实现。固氮对整个生物圈至关重要——没有它，地球上的生命将无法存在。
然而，现今生物体中的含氮化合物中，只有一小部分来自大气中新近生成的固氮产物。大多数有机氮已经在生物圈中循环了很长时间，从一个生物体转移到另一个生物体。因此，现代的固氮反应可以说是对总氮供应的一种“补充”机制。
