Nitơ là thành phần quan trọng của các axít amin và axít nucleic, điều này làm cho nitơ trở thành thiết yếu đối với sự sống.[29] Nitơ nguyên tố trong khí quyển không thể được động và thực vật sử dụng trực tiếp mà phải qua quá trình khử hoặc cố định. Giáng thủy thường chứa một lượng đáng kể amoniac và nitrat, được cho là rằng là sản phẩm cố định nitơ bởi các tia sét và các hiện tượng điện khác trong khí quyển.[33] Điều này được Liebig đưa ra đầu tiên năm 1827 và sau đó được xác nhận.[33] Tuy nhiên, do amoniac được ưu tiên giữa lại bởi tác cây rừng tương đối so với nitrat khí quyển, hầu hết nitơ được cố định đến được bề mặt đất bên dưới cây ở dạng nitrat. Nitrat trong đất được rễ cây ưu tiên hấp thụ so với ammoniac trong đất.[34] Các cây họ Đậu như đậu tương, có thể hấp thụ nitơ trực tiếp từ không khí do rễ của chúng có các nốt sần chứa các vi khuẩn cố định đạm để chuyển hóa nitơ thành amôniắc. Các cây họ Đậu sau đó sẽ chuyển hóa amôniắc thành các ion ôxít nitơ và các axít amin để tạo ra các protein. Vi khuẩn đặc biệt (như Rhizobium trifolium) sở hữu các enzym nitrogenase có khả năng cố định nitơ trong khí quyển thành các chất hữu ích cho các sinh vật bậc cao hơn. Quá trình này đòi hỏi một lượng năng lượng lớn và các điều kiện thiếu ôxy. Các vi khuẩn như thế có thể sống tự do trong đất (như Azotobacter) nhưng thường tồn tại ở dạng cộng sinh trong các nốt sần của rễ câu họ Đậu (như clover, Trifolium, hay đậu nành, Glycine max). Vi khuẩn cố định nitơ cũng cộng sinh với nhiều loài thực vật không liên quan như Alnus, địa y, Casuarina, Myrica, Marchantiophyta, và Gunnera.[35]