在自然界，氮元素以分子態、無機結合氮和有機結合氮三種形式存在。大氣中含有大量的分子態氮，但是絕大多數生物都不能夠利用分子態的氮，只有象豆科植物的根瘤菌一類的細菌和某些藍綠藻能夠將大氣中的氮氣轉變為硝態氮加以利用。植物只能從土壤中吸收無機態的銨態氮和硝態氮，用來合成氨基酸，再進一步合成各種蛋白質。動物則只能直接或間接利用植物合成的有機氮，經分解為氨基酸后再合成自身的蛋白質。在動物的代謝過程中，一部分蛋白質被分解為氨、尿酸和尿素等排出體外，最終進入土壤。動植物的殘體中的有機氮則被微生物轉化為無機氮，從而完成生態系統的氮循環。