微生物自生或与植物共生，将大气中的分子态氮转化为农作物可吸收氨的过程，称为生物固氮。生物固氮是在极其温和的常温、常压条件下进行的生物化学反应，不需要化肥生产中的高温、高压和催化剂等条件。因此，生物固氮是、干净、效率的施肥过程。
施用此类肥料能在土壤中和许多作物根部固定空气中的氮气，为作物提供氮素营养，又能分泌激素刺激作物生长，菌种主要有自生固氮菌、联合固氮菌等。
在无氮培养、温度18~40℃时，菌株均能生长且有固氮酶活性，其适生长及固氮的温度为26~37℃；在偏酸（pH值5.0）和偏碱（pH值8.0）的条件下，菌株均能保持较强的生长势和较高的固氮酶活性，并能通过调节自身代谢适应环境的酸、碱变化，使培养液趋近中性；培养液中NaCl浓度在0.2.5g.L-1、（NH4）2SO4浓度在0.05~0.50g.L-1时，菌株均能保持旺盛生长且有较高的固氮酶活性。
固氮菌-发展固氮菌1901年，M.W.拜耶林克首先发现并描述了这类细菌，他定名的有2个种：一是褐色固氮菌，常生存于中性或碱性土壤中；一是活泼固氮菌，常生存于水中。后来，各国学者相继分离出许多不同的菌株。1938年，C.H.维诺格拉茨基将生产孢囊的菌株（以褐色固氮菌为代表）归属于固氮菌属，将不产生孢囊的菌株（以活泼固氮菌为代表）归属于氮单孢菌属。1950年，H.G.德克斯提出建立拜耶林克氏菌属，其主要特征是细胞两端有折光性颗粒（类脂质）。1960年，H.L.延森等提出建立德克斯氏菌属，包括生长在热带酸性土壤中的种类。