1、化能合成：自然界中存在某些微生物，它们能以二氧化碳为主要碳源，以无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质，并通过氧化外界无机物获得生长所需要的能量。这些微生物进行的营养方式称为化能合成作用；

2、硝化作用：硝化细菌将氨氧化为硝酸的过程。硝化细菌从铵或亚硝酸的氧化过程中获得能量用以固定二氧化碳，但它们利用能量的效率很低，因此它们在同化二氧化碳时，需要氧化大量的无机氮化合物；

3、反硝化作用：也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮或一氧化二氮的过程。