氮是生物體內組成蛋白質和核酸等之物質。雖然空氣中含有大約78%的氮氣，佔有絕大部分的氮元素，一般動物和植物都不能直接利用大氣中的氮氣。氮是許多生物過程的基本元素，它存在於所有組成蛋白質的胺基酸中，是構成諸如DNA等核酸的四種基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用於製造可進行光合作用供植物生長的葉綠素分子。
        動植物的遺體和動物的排泄物被土壤中的細菌分解，產生NH₃(氨)。氨溶於水形成NH₄­­⁺ (銨根離子)，能被植物根部吸收利用。在富含氧氣的土壤中，硝化細菌把NH₄­­⁺轉變成NO₂^- (亞硝酸根離子)，然後被硝化細菌轉化變成NO₃^-(硝酸根離子)，此過程稱作硝化作用。其溶於土壤水分的硝酸根離子，可被植物根部所吸收。
        空氣中的氮，雖然動物和植物不能直接利用，但是若干藻類和細菌能進行固氮作用，固氮作用是指將氣態的游離態氮轉變為可被有機體吸收的化合態氮的必經過程。一部分氮素由閃電所固定，同時絕大部分的氮素被非共生或共生的固氮細菌所固定。這些細菌擁有可促進氮氣和氫化和成為氨的固氮功能，生成的氨再被這種細菌通過一系列的轉化以形成自身組織的一部分。某一些固氮細菌，例如根瘤菌，寄生在豆科植物（例如豌豆或蠶豆）的根瘤中。這些細菌和植物建立了一種互利共生的關係，為植物生產氨以換取醣類。因此，可通過栽種豆科植物使氮素貧瘠的土地變得肥沃。還有一些其它的植物可供建立這種共生關係。其它植物利用根系從土壤中吸收硝酸根離子或銨離子以獲取氮素。動物體內的所有氮素則均由在食物鏈中進食植物所獲得。
         此外，在無氧或低氧條件下，厭氧細菌的「反硝化作用」將會發生。土壤中的脫氮細菌能將NO₂^-或NO₃^-等轉變成氮，最終將硝酸中氮的成分還原成氮氣歸還到大氣中去。
         人類介入氮循環的方式：人類燃燒化石燃料，由於高溫的關係，是放出大量的一氧化氮(NO)，一氧化氮與氧原子產生化學作用形成二氧化氮(NO₂)，二氧化氮再與大氣中的水蒸氣結合形成硝酸(HNO₃)，為酸沉降的成分之一；牲畜排泄物中的細菌以及施用於土壤之商業用無機肥料將會吸收熱量的一氧化二氮(N₂O)釋入大氣；開採含氮的礦，例如硝酸銨(NH₄NO₃)；火耕的方式，會耗盡表土的氮，釋放一氧化氮至大氣中；使用含氮化合物，會造成水體優養化的潛在危機。銨對於魚類來說有劇毒，因此必須對廢水處理植物排放到水中的銨的濃度進行嚴密的監控。為避免魚類死亡的損失，應在排放前對水中的銨進行硝化處理，在陸地上為硝化細菌通過提供氧氣進行硝化作用成為一個充滿吸引力的解決辦法。
        銨根離子很容易被固定在土壤尤其是腐殖質和粘土中，而硝酸根離子和亞硝酸根離子則因它們自身的負電性而更不容易被固定在正離子的交換點（主要是腐殖質）多於負離子的土壤中。在雨後或灌溉後流失（可溶性離子譬如硝酸根和亞硝酸根的移動）到地下水的情況經常會發生，而地下水中硝酸鹽含量的提高關係到飲用水的安全，因為水中過量的硝酸根離子會影響嬰幼兒血液中的氧濃度並導致高鐵血紅蛋白症或藍嬰症候群（Blue-baby Syndrome）。如果地下水流向溪川，富硝酸鹽的地下水會導致地面水體的富營養作用，使得藍藻菌和其它藻類大量繁殖，導致水生生物因缺氧而大量死亡。雖然不像銨一樣對魚類有毒，硝酸鹽可通過富營養作用間接影響魚類的生存。氮素已經導致了一些水體的富營養化問題。從2006年起，在英國和美國使用氮肥將受到更嚴厲的限制，磷肥的使用也將受到了同樣的限制。這些措施被普遍認為是為了治理恢復被富營養化的水體而採取的。