每个电子的转移提供了足够的能量破坏每个氮分子的三键中的任一个化学键。由于分离结合了氮的固氮酶晶体较为困难，固氮酶固氮的确切催化机理现在仍不明晰。而产生这种困难的原因在于MoFe蛋白的静息态不能与氮结合且催化该反应需要至少转移三个电子。固氮酶还能还原乙炔，也能被一氧化碳抑制（两者能完全反应）， 阻碍了氮分子与活性中心的接触。氮分子能阻止乙炔的结合，但乙炔不能阻止氮分子的结合并且只需要一个电子进行还原。所有固氮酶都具有一个含铁和硫的辅因子（包括活性区域中的一个四聚体，例如FeMoCo）。在大多数固氮酶