微生物氮转化分为微生物氮同化和微生物氮异化。

微生物介导的将无机态氮转化为有机态氮，并纳入生物量的过程。主要包括：①氨（NH₃）同化。将无机态的氨转化为含氮有机化合物的过程。氨是唯一可以并入碳骨架的无机含氮化合物。谷氨酰胺，可作为氨的供体将其转移，用来合成细胞内的含氮化合物。因此，在微生物生长过程中，铵（NH₄⁺）可能是优先使用的氮源。②氮气固定。还原并破碎三键氮气从而形成铵的过程。氮气是地球大气主要组成成分，化学性质非常稳定，只有少数原核生物（如固氮细菌）可以利用这种稳定分子作为氮源。③硝酸盐同化。将硝酸盐还原为铵的过程（NO₃^-→NO₂^-→NH₄⁺）。分别由硝酸还原酶和亚硝酸还原酶催化进行，一些古菌、细菌、真菌、藻类甚至植物参与这个过程。

微生物在介导含氮化合物氧化还原过程中，从环境中提取能量的特定过程。包括：①硝酸盐呼吸作用。微生物在厌氧和有硝酸盐存在的条件下，硝酸盐被硝酸还原酶还原成亚硝酸盐的过程。如铜绿假单胞菌和脱氮副球菌。②反硝化。从硝酸盐到亚硝酸盐、一氧化氮、氧化亚氮，最后到氮气的连续还原过程（NO₃^-→NO₂^-→NO→N₂O→N₂）。这些过程都由类似的还原酶所催化。生活在厌氧环境中的兼性细菌介导了大多数反硝化过程，它们利用这些化合物作为电子受体，从而形成电势梯度。③硝化作用。由两步氧化过程组成：一是铵（氨）氧化成亚硝酸盐（NH₄⁺→NH₂OH→NO₂^-），氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）参与这步反应；二是亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO₂^-→NO₃^-）。由亚硝酸盐氧化细菌（NOB）参与完成。参与硝化过程的微生物吸收这些反应产生的能量，从而固定二氧化碳并且维持自身生长。同一微生物也可以同时介导硝化的两个过程，这类微生物又称为完全氨氧化菌。④厌氧氨氧化。在厌氧条件下，氨氧化与亚硝酸盐相发生耦合反应形成氮气的过程（NO₂^-+NH₄⁺→N₂+2H₂O）。主要由浮霉菌门微生物参与介导。