Siklus nitrogen adalah proses di mana nitrogen dari atmosfer diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tumbuhan dan hewan. Ini terjadi melalui aksi bakteri, dan dimulai pada abad ke-20, aktivitas manusia. Ketika nitrogen diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan, dikatakan tetap, dan tanaman dan ganggang menggabungkan nitrogen ke dalam asam amino, protein, dan asam deoksiribonukleat (DNA). Hewan memperoleh senyawa yang mengandung nitrogen dari tumbuhan, membuat siklus nitrogen penting untuk semua kehidupan di bumi. Ketika makhluk hidup mati, jenis bakteri lain melepaskan nitrogen dalam zat ini kembali ke atmosfer, menyelesaikan siklus.
Dalam bentuk N2, nitrogen membentuk sekitar 80 persen atmosfer bumi. Bentuk nitrogen ini tidak dapat digunakan oleh tumbuhan atau hewan yang bergantung padanya. Bakteri diperlukan untuk mengubah N2 menjadi amonia (NH3) dan ion amonium (NH4+). Dalam proses yang disebut nitrifikasi, bakteri tanah mengubah amonia menjadi ion nitrat (NH3). Bagian dari siklus nitrogen ini, yang dikenal sebagai fiksasi nitrogen, memungkinkan tanaman menghasilkan asam amino dan senyawa lain yang mengandung nitrogen yang menjadi sandaran semua kehidupan hewan. Sejumlah kecil nitrogen tetap dihasilkan setiap tahun oleh sambaran petir dan beberapa proses kimia yang tidak hidup.
Untuk melengkapi siklus nitrogen, bahan organik tumbuhan dan hewan yang mati dipecah oleh bakteri kelas lain. Proses ini, yang melepaskan nitrogen tetap, disebut denitrifikasi. Nitrogen masuk kembali ke atmosfer dalam bentuk asli N2, atau sebagai amonia.
Karena penemuan ilmiah yang penting, manusia tidak lagi harus bergantung pada nitrogen yang tersedia yang dihasilkan oleh bakteri. Hal ini menghasilkan pupuk berbasis nitrogen sintetis, yang sangat diandalkan dalam pertanian untuk memberi makan sejumlah besar orang di dunia. Dengan cara ini, manusia telah menjadi bagian penting dari siklus nitrogen. Diperkirakan bahwa sebanyak 50 persen dari nitrogen tetap yang ada di lingkungan ada karena aktivitas manusia.
Beberapa tumbuhan dan hewan memiliki hubungan khusus dengan bakteri pengikat nitrogen. Akar beberapa tanaman, terutama kacang-kacangan, memiliki bintil akar di mana bakteri menghasilkan nitrogen yang dapat digunakan langsung oleh tanaman. Sebagai imbalannya, bakteri mendapatkan zat organik dari tanaman, yang mereka gunakan sebagai makanan. Beberapa hewan seperti sapi dan kerbau juga menampung bakteri pengikat nitrogen di saluran pencernaan mereka, yang menghasilkan sejumlah besar senyawa yang mengandung nitrogen yang dibutuhkan hewan.