生物固氮方法指一些微生物，通過體內以固氮酶為中心的固氮反應系統，把空氣中分子態氮轉變成氮化合物的方法。生物固氮的研究範圍很廣，涉及到固氮生物學、固氮生理學和生物化學、固氮酶的化學模擬及固氮基因遺傳學諸方面。自然界中固氮生物的種類不多，都屬原核生物。主要類群有真細菌、放線菌和藍藻三大類。
按習性可分為共生和自生兩大類。前者如與豆科植物共生的根瘤菌、與滿江紅共生的魚醒藻。後者種類較多，如需氧的固氮菌、兼性厭氧的克氏桿菌、厭氧的巴氏桿菌及光合自養的紅螺菌和念珠藻等。在固氮生物中，共生類固氮效率高、固氮量大，在農業生產和自然界氮循環中均發揮著重要作用;自生類固氮效率低、固氮量小，但由於種類多、分布廣，在氮循環中不可忽視。其主要固氮機制是一個還原反應式：N2+8e-+8H+—→2NH3+H2。這是一個極難自發完成的吸能反應，在高溫、高壓及金屬催化條件下，也只能低效率地進行。然而，固氮生物在億萬年進化中獲得了一套固氮酶催化體系，使這個反應在溫和條件下高效率地進行。細胞內固氮系統由鐵蛋白和鉬鐵蛋白構成。此外，還有5個配合系統：高位電子供體再生系統，它源源不斷地提供有活性的電子供體;ATP供給系統，是固氮能源的直接提供者;質子供給系統，維持質子源流和保持pH的穩定;A—NH2運轉系統，處理固氮產物，實現無毒儲運;防氧保護屏障，防止氧對固氮酶的毒害。
