Nitrat hóa là một thành phần quan trọng của chu kỳ nitơ, đặc biệt là ở các đại dương. Việc sản xuất nitrat (NO3−) bằng quá trình oxy hóa nitrit (NO2−) bằng cách nitrat hóa quá trình sản xuất nitơ vô cơ cung cấp phần lớn nhu cầu của các sinh vật quang hợp biển như thực vật phù du, đặc biệt là ở các khu vực nước trồi. Vì lý do này, nitrat hóa cung cấp nhiều nitơ cho nhiên liệu sinh vật phù du nguyên sinh trong đại dương của thế giới. Nitrat hóa được ước tính là nguồn gốc của một nửa lượng nitrat được tiêu thụ bởi thực vật phù du trên toàn cầu.[10] Thực vật phù du là những đóng góp chính cho sản xuất đại dương, và do đó rất quan trọng đối với các máy bơm sinh học xuất cacbon và các chất hữu cơ hạt khác từ các vùng nước bề mặt của đại dương trên thế giới. Quá trình nitrat hóa là rất quan trọng để tách sản xuất tái chế khỏi sản xuất dẫn đến xuất. Nitơ chuyển hóa sinh học trở về bể nitơ vô cơ hòa tan dưới dạng amoniac. Quá trình nitrat hóa qua trung gian vi khuẩn chuyển đổi amoniac thành nitrat, sau đó có thể được hấp thụ bởi thực vật phù du và tái chế.

Phản ứng oxy hóa nitrit do Nitrobacter thực hiện như sau;

2NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e−

2H+ + 2e− + ½O2 → H2O[9]

Năng lượng Gibbs cho quá trình oxy hóa nitrit là:

ΔGο = -74 kJ mol−1 NO2−

Trong các đại dương, vi khuẩn nitrat-oxy hóa như Nitrobacter thường được tìm thấy gần với vi khuẩn oxy hóa amoniac.[11] Hai phản ứng này cùng nhau tạo nên quá trình nitrat hóa. Phản ứng oxy hóa nitrit thường tiến hành nhanh hơn trong nước biển, và do đó không phải là một bước giới hạn tốc độ trong quá trình nitrat hóa. Vì lý do này, hiếm khi nitrit tích lũy trong nước biển.

Việc chuyển đổi hai bước của amoniac thành nitrat được quan sát thấy ở các loài vi khuẩn như Nitrobacter gây khó hiểu cho các nhà nghiên cứu.[12][13] Hoàn thành quá trình nitrat hóa, chuyển đổi amoniac thành nitrat trong một bước, có năng suất năng lượng (∆G°′) of −349 kJ mol−1 NH3, trong khi năng lượng cho quá trình oxy hóa amoniac và nitrat-oxy hóa phản ứng hai bước là −275 kJ mol−1 NH3, and −74 kJ mol−1 NO2−, tương ứng. Những giá trị này chỉ ra rằng nó sẽ có lợi cho sinh vật để thực hiện quá trình nitrat hóa hoàn toàn từ amoniac thành nitrat, thay vì chỉ tiến hành một trong hai bước. Động lực tiến hóa cho một phản ứng nitrat hóa hai bước tách rời là một lĩnh vực nghiên cứu đang diễn ra. Trong năm 2015, người ta phát hiện ra rằng giống Nitrospira sở hữu tất cả các enzym cần thiết để thực hiện quá trình nitrat hóa hoàn toàn trong một bước, cho thấy phản ứng này xảy ra. Phát hiện này đặt ra câu hỏi về khả năng tiến hóa của Nitrobacter để tiến hành quá trình oxy hóa nitrit.