El ciclo del nitrógeno es un proceso en el que el nitrógeno de la atmósfera se convierte en una forma que pueden utilizar plantas y animales. Esto sucede por la acción de las bacterias y, a partir del siglo XX, por la actividad humana. Cuando el nitrógeno se convierte en su forma utilizable, se dice que se fija, y las plantas y las algas incorporan el nitrógeno en aminoácidos, proteínas y ácido desoxirribonucleico (ADN). Los animales obtienen compuestos que contienen nitrógeno de las plantas, lo que hace que el ciclo del nitrógeno sea esencial para toda la vida en la tierra. Cuando los seres vivos mueren, otros tipos de bacterias liberan el nitrógeno de estas sustancias a la atmósfera, completando el ciclo.
En forma de N2, el nitrógeno constituye aproximadamente el 80 por ciento de la atmósfera terrestre. Esta forma de nitrógeno no puede ser utilizada por plantas o animales que dependen de ellas. Se requieren bacterias para convertir el N2 en amoníaco (NH3) e iones de amonio (NH4 +). En un proceso llamado nitrificación, las bacterias del suelo convierten el amoníaco en ion nitrato (NH3). Esta parte del ciclo del nitrógeno, conocida como fijación de nitrógeno, permite a las plantas producir los aminoácidos y otros compuestos que contienen nitrógeno de los que depende toda la vida animal. Una cantidad muy pequeña de nitrógeno fijo se genera anualmente por los rayos y algunos procesos químicos no vivos.
Para completar el ciclo del nitrógeno, la materia orgánica de plantas y animales muertos es degradada por otra clase de bacterias. Este proceso, que libera el nitrógeno fijo, se llama desnitrificación. El nitrógeno vuelve a entrar en la atmósfera en la forma original de N2 o como amoníaco.
Debido a un importante descubrimiento científico, los seres humanos ya no tienen que depender del nitrógeno disponible producido por las bacterias. Esto resultó en fertilizantes sintéticos a base de nitrógeno, de los que se depende en gran medida en la agricultura para alimentar a un número sustancial de personas en el mundo. De esta manera, los humanos se han convertido en una parte importante del ciclo del nitrógeno. Se ha estimado que hasta el 50 por ciento del nitrógeno fijo presente en el medio ambiente existe debido a la actividad humana.
Algunas plantas y animales tienen una relación especial con las bacterias fijadoras de nitrógeno. Las raíces de algunas plantas, especialmente las leguminosas, tienen nódulos en sus raíces donde las bacterias generan nitrógeno que puede ser utilizado directamente por la planta. A cambio, las bacterias obtienen sustancias orgánicas de las plantas, que utilizan como alimento. Algunos animales como las vacas y los búfalos también albergan bacterias fijadoras de nitrógeno en sus tractos digestivos, que producen una cantidad sustancial de los compuestos que contienen nitrógeno que necesitan los animales.