微生物吸收和利用硝酸鹽有兩個完全不同的目的。壹種是以氮為氮源,稱為同化硝酸鹽還原:NO3-→NH4+→有機氮。許多細菌、放線菌和黴菌都可以利用硝酸鹽作為氮營養。
另壹個目的是利用NO2-和NO3-作為呼吸作用的最終電子受體,將硝酸還原為氮氣(N2),稱為反硝化或反硝化作用:NO3-→NO2-→N2↑。只有少數細菌能進行反硝化作用,這個生理群稱為反硝化細菌。大多數反硝化細菌是異養細菌,如脫氮微球菌、脫氮假單胞菌等。它們利用有機物作為厭氧呼吸的氮源和能源。
少數反硝化菌為自養菌,如脫氮硫桿菌,氧化硫或硝酸鹽獲得能量,同化二氧化碳,以硝酸鹽作為呼吸作用的最終電子受體。