У процесі кругообігу азоту відбувається поетапний розпад органічних сполук, внаслідок чого він переходить у нітратну форму. Найкраща сполука для споживання рослинами – аміак (NH₃), оскільки його перетворення в органічні сполуки вимагає мінімальної хімічної перебудови. Проте токсичність аміаку для рослинних тканин не дає можливості йому бути джерелом азоту, крім того, він легко розчиняється у воді і швидко вимивається з ґрунту. Той аміак, який не вимивається, піддається дії бактерій, які добувають енергію шляхом окислення азоту аміаку до нітритів (NО₂-) і нітратів (NО₃-). Утворені в ґрунті нітрати швидко асимілюються корінням рослин. Біохімічні перетворення азотовмісних сполук відбуваються кількома шляхами. Найважливіший з них – це амоніфікація і нітрифікація, тобто розпад органічних сполук, далі відбувається процес денітрифікації – відновлення нітратів і нітритів до молекулярного азоту (N₂) і вивільнення його в атмосферу. Паралельно з ним триває процес фіксації – біологічної асиміляції атмосферного повітря. Якщо процес денітрифікації виводить азот із екосистеми, то завдяки процесу фіксації він повертається в її активний кругообіг. Процес фіксації особливо важливий у тих місцезростаннях, де вміст азоту недостатній для нормального росту рослин.

У тваринних організмів виведення надлишків азоту відбувається шляхом відщеплення амінів (NН₂) від органічних сполук і виділення їх у зовнішнє середовище у вигляді аміаку NН₃ або сечовини СО(NН₂)₂. До речі, ґрунтові мікроорганізми легко перетворюють сечовину на аміак шляхом гідролізу:

СО(NH₂)₂ + Н₂О = 2NН₃ + СО₂.

Як зазначено вище, вирішальним етапом кругообігу азоту є нітрифікація, яка забезпечує швидкий перехід нітритів у форми, доступні рослинним організмам. Тому походження едафічних умов (погана аерація ґрунту, нестача вологи, підвищена кислотність тощо) негативно впливає на азотофіксаційні процеси і, таким чином, веде до азотного голодування рослинних організмів. Один з прикладів такого негативного впливу – це рекреаційна дигресія едафотопу лісових біогеоценозів.
Азотне голодування рослин може статися і у випадку, коли в органічному детриті виявиться невеликий порівняно з вуглецем вміст азоту. Тоді бактерії використовують весь азот, який мав би піти на побудову власних клітин рослин.

Співвідношення вуглецю і азоту (С/N) у детриті значно впливає на швидкість розкладу його бактеріями (табл.1). Листя шовковиці, наприклад, де відношення вуглецю до азоту є порівняно невеликим (С/N = 25), розкладається швидко завдяки багатству мікрофлори бактерій. Хвоя ладанної сосни, де це відношення майже вдвічі більше (С/N = 43), розкладається повільно через збіднену мікрофлору. Проміжне місце в цьому ряду займає дуб білий.

Таблиця 1 - Середня втрата маси, відношення С/N і мікрофлора для розкладу листя чотирьох видів у лісовій підстилці (штат Теннессі) з листопада 1960 р. по листопад 1966 р. 

Денітрифікація, в процесі якої нітрати перетворюються в азот, відбувається у декілька етапів:

NO₃-→NO₂-→N₂O→N₂,

причому на кожному з них виділяється азот. "Бактерія Pseudomonas, – пише Р.Ріклефс, – добуває за допомогою цього процесу необхідний для дихання кисень при відсутності його в ґрунті" (1979).

У процесі денітрифікації виділяється закис азоту (N₂О) і молекулярний азот (N₂), які поповнюють його вміст в атмосфері, виводячи тим самим із фондів активного азоту. В кислих ґрунтах процес вивільнення азоту відбувається не з участю бактерій, а як реакція між азотною кислотою і сечовиною:

2НСО₃ + СО(NH₂)₂ → СО₂ + ЗН₂О + 2N₂.

Не менш важливим з енергетичної точки зору є процес фіксації азоту. Завдяки хімічній енергії, зосередженій в молекулі глюкози (С₆Н₁₂О₆), деякі синьо-зелені водорості та бактерії Azotobacter можуть асимілювати 8 атомів азоту. Цей біохімічний механізм взаємодії вигідний як одній, так і іншій стороні: рослина постачає бактерію глюкозою, бактерія ж асимілює із газоподібної фази ґрунту азот, роблячи його доступним для рослин.
Бобові та представники деяких родів інших судинних рослин, таких, як вільха, гінкго, лох, араукарія, фіксують азот лише за допомогою бактерій-симбіонтів.

Біологічна фіксація молекулярного азоту вільно рухомими і симбіотичними мікроорганізмами відбувається як в автотрофному, так і в гетеротрофному блоках екосистеми. Отже, в природних біогеоценозах головна роль у постачанні рослин азотом належить, крім бобових, олігонітрофільним організмам-азотофіксаторам, внаслідок розкладу яких збільшується вміст білкових речовин у ґрунті. Вони також створюють перепону міграції у ґрунті вільних форм азотистих сполук, біологічно закріплюючи їх у своєму тілі.
Збільшення родючості земель безпосередньо пов'язане з необхідністю фіксації в ґрунті азоту. Наприклад, у США кількість азоту, яка надходить до ґрунту, така (млн т/рік):

Надмірне використання азотних добрив у сільському господарстві сприяє забрудненню нітратами та нітритами як води, так і рослинних продуктів харчування. Особливо високий рівень нагромадження цих токсикантів у рослинах закритого ґрунту, де має місце неконтрольоване внесення добрив у ґрунт.

За даними ВООЗ, за останні 50 років зареєстровано більше 2000 випадків харчового отруєння нітратами у дітей, із них 160 закінчились летально. Особливо небезпечним це отруєння є для вагітних жінок та дітей раннього віку з їх незрілою системою детоксикації.