공기 중에 많은 양이 존재하는 안정된 불활성 질소 분자를 반응성이 높은 질소 화합물인 암모니아, 질산염 등으로 변환하는 과정이다. 생물학적인 질소 고정은 질소 동화라고 하기도 하고 질소 고정 세균에 의해 일어난다. 뿌리혹박테리아가 대표적인 질소 고정 세균인데, 이 과정은 대기 중의 무기 질소 화합물이 생물체의 작용으로 유기 질소 화합물로 바꾸는 것을 말한다.