氨化作用
微生物分解含氮有机物产生氨的过程称为氨化作用。含氮有机物的种类很多，主要是蛋白质尿素、尿酸和壳多糖等。
氨化作用在农业生产上十分重要，施入土壤中的各种动植物残体和有机肥料，包括绿肥、堆肥和厩肥等都富含含氮有机物，它们须通过各类微生物的作用，尤其须先通过氨化作用才能成为植物能吸收和利用的氮素养料。
硝化作用
微生物将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。硝化作用分两个阶段进六，第一个阶段是氨被氧化为亚硝酸盐，靠亚硝化细菌完成，主要有亚硝化单胞菌属、亚硝化叶菌属等的一些种类。第二阶段是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，靠硝化细菌完成，主要有硝化杆菌属、硝化刺菌属和硝化球菌属的一些种类。硝化作用在自然界氮素循环中是不可缺少的一环，但对农业生产并无多大利益。
同化作用
铵盐和硝酸盐是植物和微生物良好的无机氮类营养物质，它们可被植物和微生物吸收利用，合成氨基酸、蛋白质、核酸和其他含氮有机物。
反硝化作用
微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和一氧化二氮的过程称为反硝化作用。反硝化作用一般只在厌氧条件下进行。
反硝化作用是造成土壤氮素损失的重要原因之一。在农业上常采用中耕松土的办法，以抑制反硝化作用。但从整个氮素循环来说，反硝化作用还是有利的，否则自然界氮素循环将会中断，硝酸盐将会在水体中大量积累，对人类的健康和水生生物的生存造成很大的威胁。
