没有催化剂的参与该反应的势垒（活化能）一般难以逾越（E = 420 kJ/mol）。因此，在催化过程中，固氮酶需要还原剂（如连二亚硫酸钠，"in vitro"或铁氧化还原蛋白，"in vivo"）和ATP水解过程中释放的大量化学能。固氮酶由瞬间和同源二聚体铁蛋白相连的四聚体钼铁蛋白组成，固氮酶在和被还原、与核甘酸结合的同源二聚体铁蛋白连结时获得了还原力。 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