就是“自然固氮”的原理。這是由於在放電條件下，空氣中的氧氣和氮氣反應生成了氮的氧化物，氮的氧化物再經過一系列化學變化，最後生成易被農作物吸收的硝酸鹽，即氮肥。

氮是一種化學元素，它的化學符號是N，它的原子序數是7。氮是空氣中最多的元素，在自然界中存在十分廣泛，在生物體內亦有極大作用，是組成氨基酸的基本元素之一。

植物吸收土壤中的銨鹽和硝酸鹽，進而將這些無機氮同化成植物體內的蛋白質等有機氮。動物直接或間接以植物為食物，將植物體內的有機氮同化成動物體內的有機氮。

這一過程叫做生物體內有機氮的合成。動植物的遺體、排出物和殘落物中的有機氮被微生物分解後形成氨，這一過程叫做氨化作用。

在有氧的條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細菌的作用下最終氧化成硝酸鹽，這一過程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用產生的無機氮，都能被植物吸收利用。在氧氣不足的條件下，土壤中的硝酸鹽被反硝化細菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽，並且進一步還原成分子態氮，分子態氮則返回到大氣中，這一過程叫做反硝化作用。

生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮氣還原成氨的過程，固氮生物都屬於個體微小的原核生物，所以，固氮生物又叫做固氮微生物。

根據固氮微生物的固氮特點以及與植物的關系，可以將它們分為自生固氮微生物、共生固氮微生物和聯合固氮微生物三類。

生物固氮是固氮微生物特有的一種生理功能，這種功能是在固氮酶的催化作用下進行的。固氮酶是一種能夠將分子氮還原成氨的酶。固氮酶是由兩種蛋白質組成的：一種含有鐵，叫做鐵蛋白，另一種含有鐵和鉬，叫做鉬鐵蛋白。只有鐵蛋白和鉬鐵蛋白同時存在，固氮酶才具有固氮的作用。生物固氮過程可以用下面的反應式概括表示。

N2 ＋ 6H+ ＋ nMg-ATP ＋6e-2NH3＋nMg-ADP＋nPi

分析上面的反應式可以看出，分子氮的還原過程是在固氮酶的催化作用下進行的。

實現原理：

植物對氮的吸收

植物通過根部對含氮的無機化合物的吸收，以及植物葉片對氮的吸收，都可以固定氮。

固氮

將游離氮轉化為化合態氮的過程

將空氣中的游離氮轉化為化合態氮的過程，稱為固氮。

人工固氮長期以來，人們期望著農田中糧食作物能像豆科植物一樣有固氮能力，以減少對化肥的依賴。