微生物氮同化包括氮气固定、氨同化和硝酸盐同化过程。

还原破碎三键氮气形成铵的过程。氮气是地球大气主要组成部分，少数的原核生物可以利用这种稳定分子作为氮源。

生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合物的过程。氨是唯一的可以并入碳骨架的无机含氮化合物。谷氨酰胺可作为铵的供体将其转移，用来合成细胞内的含氮化合物。

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，这一过程主要在厌氧条件下发生，一些古菌、细菌、真菌、藻类，甚至植物参与这个过程。

在大多数生境中，微生物在有氧条件下，通过降解有机物形成铵是铵态氮的主要来源。一些腐生细菌和真菌降解有机物形成无机化合物过程被称为矿化作用，其中氨化作用指的是降解有机物形成矿质铵态氮的过程。