El primer paso en el ciclo es la fijación del nitrógeno de la atmósfera (N) a formas distintas susceptibles de incorporarse a la composición del suelo o de los seres vivos, como el ion amonio (NH) o los iones nitrito (NO) o nitrato (NO) (aunque el amonio puede usarse por la mayoría de los seres vivos, ciertas bacterias del suelo derivan la energía de la oxidación de dicho compuesto a nitrito y últimamente a nitrato), y también su conversión a sustancias atmosféricas químicamente activas, como el dióxido de nitrógeno (NO), que reaccionan fácilmente para originar alguna de las anteriores.