Nitrogen (N) diperlukan oleh semua organisme untuk sintesa protein, asam amino, asam nukleat dan senyawa organik lain yang mengandung N. Keberadaan nitrogen hampir 80% dari atmosfer dunia. Diduga setiap are tanah subur mengandung lebih dari 30.000 ton N2. Karena sebagian besar keberadaan nitrogen dalam bentuk molekul gas, maka tidak satupun organisme eukaryotik mampu menggunakannya secara langsung.
Nitrogen harus bersenyawa dengan unsur lain seperti oksigen membentuk NO3- (ion nitrat) dan hidrogen membentuk NH4+ (ion amonium) agar bisa dimanfaatkan oleh organisme. Kedua bentuk senyawa ion di atas dapat digunakan oleh organisme yang bersifat autotrof. Nitrogen yang terdapat dalam tanah sebagian besar berupa senyawa organik hasil pembusukan organisme (tumbuhan, hewan, dll). Sedangkan lainnya berasal dari pelarutan batuan, air hujan (dalam bentuk nitrat, amonia) serta aktivitas gunung berapi.
Beberapa proses kimia dan fisika dalam tanah, air dan udara, serta bersama-sama dengan aktivitas beberapa mikroorganisme tertentu memainkan peranan penting untuk menjaga keberadaan (pengasimilasian dan pengubahan) molekul nitrogen di alam dalam bentuk yang siap digunakan oleh tumbuhan dan organisme lainnya. Semua proses dan kejadian tersebut di atas berlangsung dalam suatu siklus yang disebut siklus nitrogen. Salah satu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen adalah peristiwa penambatan (fiksasi) N2.
Selama fase awal daur nitrogen, gas nitrogen dikonversi menjadi ammonia dengan bantuan mikroorganisme tertentu, yang prosesnya dikenal dengan istilah fiksasi nitrogen. Proses ini dapat dilakukan oleh dua jenis bakteri yang termasuk dalam kelompok bakteri non-simbiotik dan simbiotik. Bakteri pengikat N2 yang non-simbiotik dalam populasinya yang tinggi ditemukan pada rhizosphere, daerah tempat terjadinya persentuhan antara akar dan tanah.
Azotobacter (bersifat aerob) adalah salah satu contoh bakteri yang non-simbiotik. Beberapa contoh yang lain adalah Beijerinckia (obligateaerob), Clostridium; C. fasteurianum (anaerob), Klebsiella, Enterobacter, Bacillus termasuk kelompok yang bersifat fakultative anaerob. Contoh dari jenis bakteri yang fotoautotrop adalah spesies tertentu yang termasuk dalam kelompok Rhodospirillum dan Chlorobium. Beberapa spesies yang tennasuk ke dalam Cyanobacteria (bersifat aerob) juga mampu mengikat N2 bebas karena memiliki enzim nitrogenase dalam struktur khusus yang disebut heterocysts, yang memiliki kondisi anaerob untuk fiksasi.
Semua kelompok bakteri di atas memberikan kontribusi penting untuk penyediaan nitrogen pada daerah hutan basah, padang rumput dan daerah tundra. Penambatan nitrogen secara simbiotik memiliki peranan yang sangat penting untuk pertumbuhan tanaman produksi. Beberapa jenis bakteri dari genus Rhizobium dan Bradyrhizohuim dapat melakukan penambatan gas nitrogen dengan cara bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan (Leguminosae), seperti kedelai, buncis, kacang tanah, kacang ijo, alfalfa (sejenis tanaman polong untuk makanan kuda dan sapi di USA) dan semanggi.
