拜耶林克也发现了氮气转化为植物所能够吸收的铵离子的过程──固氮作用。在这个过程中，附于某些品种植物（荚果）的根部上的细菌为其提供养分，是植物与细菌之间的共生的典型例子，也对维持泥土肥沃起着关键作用。拜耶林克发现了通过进行的细菌，他认识到细菌能够以硫酸盐代替氧气作为最终电子受体。这个发现深远地影响到现时对生物地质化学循环的认识。