键的氮分子形式存在于自然界中，必须将这三个化学键完全破坏才能把该双原子分子中的两个氮原子分开。固氮酶可以看作是固氮作用中的催化剂，固氮酶使以下反应的活化能降低，从而使反应更容易进行。固氮酶催化反应的简化反应方程式为：详细反应方程式为：反应底物为：8 铁氧还蛋白 + 8 H + N + 16 ATP + 16 HO反应产物为：8 铁氧还原蛋白 + H + 2 NH + 16 ADP + 16 磷酸盐虽然以氢气分子和氮气分子合成氨的反应焓为负值（ΔH = -45.2 kJ/mol