Năm 1890, nhà vi sinh học người Ukraina-Nga Sergei Winogradsky đã phân lập được nền canh tác thuần túy đầu tiên của vi khuẩn nitrat hóa có khả năng sinh trưởng trong trường hợp không có chất hữu cơ và bức xạ mặt trời. Việc loại bỏ chất hữu cơ của Winogradsky trong việc chuẩn bị các nền canh tác hóa của ông được công nhận là một yếu tố góp phần vào sự thành công của ông trong việc cô lập các vi khuẩn.[23] Năm 1891, nhà hóa học người Anh Robert Warington đã đề xuất một cơ chế hai giai đoạn cho quá trình nitrat hóa, được trung gian bởi hai chi vi khuẩn riêng biệt. Giai đoạn đầu tiên được đề xuất là chuyển đổi amoniac thành nitrit và thứ hai là quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat.[24] Winogradsky đặt tên cho vi khuẩn chịu trách nhiệm cho quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat Nitrobacter trong nghiên cứu tiếp theo của ông về nitrat hóa vi sinh vật năm 1892.[25] Winslow et al. đã đề xuất loài Nitrobacter winogradsky vào năm 1917.[26] Loài này đã được chính thức công nhận vào năm 1980.[27]