Azotofiksacija molekularnog azota iz vazduha, sledeći je važan zadatak baterija u zemljištu. Azota u vazduhu ima oko 78 % i neiscrpan je izvor za biljke. Azot iz vazduha ne mogu biljke direktno koristit nego to čine mikroorganizmi. Razlikujemo: simbiotsku i asimbiotsku azotofiksaciju.
Simbiotska azotofiksacija predstavlja značajan vid snabdevanja biljaka azotom iz vazduha putem simbiotskih bakterija koje žive na korenu biljaka.Ove bakterije na korenu stvaraju oštećenja(kvržice) u kojima su smeštene bakterije, a koje su spososobne da fiksiraju elementarni azot. Za ovo su karakteristične biljne vrste iz porodice leguminoza .Rhisobium sp.je bakterija koja ima tu sposobnost, ali najveći deo azotnih jedinja stvoren na ovaj način postaje pristupačan za biljke tek kada se završi vegetacija biljaka, koju parazitiraju ove bakterije.
Asimbiotska azotofiksacija je mikrobiološki proces, gde se elementarni azot iz vazduha dovodi u zemljište preko specifičnih bakterija koje ne žive na korenovim dllačicama, nego pored njih. One se hrane od izlučevina korena i u procesu umnžavanja i odumiranja ostavljaju značajnu količinu azotnih jedinjenja. Ova jedinjenja se mineralizuju nakon odumiranja bakterija.
Prednost ovog procesa je, što ovde nije potrebno da biljna vrsta završi vegetaciju pa da se tek onda koriste hranjiva jedinjenja,nego su ona odmah na raspolaganju biljkama. Procesi kroz koje prolaze simbiotska i asimbiotska azotofiksacija se nastavljaju putem amonifikacije, nitrifikacije i denitrifikacije.
Amonifikacija pretstavlja mikrobiološki proces mineralizacije organskih jedinjenja do stvaranja amonijaka. Amonijak ostaje u ćelijama za njihove potrebe sve dok je odnos C:N veći od 20:1. Izdvaja se tek kada se taj odnos smanji. Ovaj amonijak se dalje redukuje u procesu nitrifikacije.
Nitrifikacija predstavlja nastavak mikrobiološkog procesa oksidacije amonijaka u nitrate preko nitrita. Nitrati su ovako veoma pokretljivi,a oksidacija je poslužila bakterijama kao izvor energije i mogućnost obrazovanja ugljene kiseline, čiju ulogu u zemljištu smo objasnili. Zbog svoje pokretljivookresti (N) se veoma lako gubi iz zemljišta.
Denitrifikacija je suprotan proces nitrifikaciji, koja je takođe mikrobiološki proces koji obavljaju specifične zemljišne bakterije, a koji je štetan za biljke. Ovim putem se gubi azot, vraća se u vazduh isto kako je i stigao u zemljište.