Nitrogen fixation
窒素の最大の貯蔵所は大気であり、大気の78%は窒素ガス（N2）である。窒素ガスは、極めて不活性な物質であり、ほとんどの生物は利用できない。従って空中の窒素は、そのままでは窒素の循環の経路にはなりがたい。実際にはこの窒素は窒素固定と呼ばれるプロセスによって「固定」される。窒素固定とは、窒素ガスを他の窒素化合物（硝酸塩やアンモニア）へと変換する反応のことであり、例えば窒素と酸素から硝酸塩()などを生成する反応を指す。窒素固定は、雷でも起きるが、19世紀までは、主役は土壌内の窒素固定能力を持ったバクテリアであり、例えばマメ科植物の根にある根粒菌も窒素固定を行う。窒素固定菌は、ある酵素を使って窒素ガスを硝酸塩に変化させる。硝酸塩は植物や動物によって消費され、上述のタンパク質やDNAなどの生合成に利用される。タンパク質などは食物連鎖によって循環していく。