與工業固氮(氮肥工業)相比，生物固氮具有低成本、無能耗、無環境汙染的特點，對維持全球生態系統的氮平衡具有重要作用。
生物固氮主要包括自養固氮和生物固氮。自生固氮是指某些固氮微生物能在土壤或培養基中獨立固定大氣中的分子氮，其固氮量遠低於* * *。* * *生物固氮是指固氮微生物與寄生植物共同生活，直接從寄生植物獲得能量來完成固氮。由於其較強的固氮能力，在農業生產中也具有最大的意義，如豆科植物、藍藻和滿江紅的固氮作用。
工業固氮需要高溫(470 ~ 520℃)、高壓(200 ~ 500個大氣壓)，而生物固氮可以在常溫常壓下進行。這是因為固氮微生物細胞中存在壹種特殊的生物催化劑——固氮酶。固氮酶由鋼蛋白組成，是能量轉換器。它可以將轉移的電子轉移到N2，產生NH3並釋放氫。固氮酶受固氮基因的編碼控制。
近20年來，生物固氮的研究異常活躍，已成為世界範圍內的壹個重要課題。縱觀目前生物固氮的研究內容，有三個方面，即固氮資源的有效利用、固氮的基因工程和固氮的化學模擬。
在有效利用固氮資源方面，許多國家都在大力發展豆科作物，通過其有效的固氮體系，增加生物氮源，提高土壤肥力，從而促進農業生產。此外，接種根瘤菌提高豆科作物的產量已在世界各地使用。在稻田中接種和放養滿江紅和固氮藍藻，不僅可以增加土壤中生物氮的數量，還可以增加水稻的產量。這種固氮途徑的有效利用在中國和東南亞壹些國家有著悠久的歷史。
隨著分子生物學的發展，固氮基因工程受到了廣泛的關註，已成為目前最活躍的研究領域。基因工程是通過人工方法改變生物的遺傳特征，或者根據人的意願創造新的物種。對於固氮微生物來說，固氮基因操縱和調節固氮酶的合成，從而使固氮微生物具有固氮作用。如果人工轉移固氮基因，就有可能獲得具有固氮作用的新物種。
目前這方面的研究主要在以下幾個方面進行探索:壹是培養新的固氮微生物，提高固氮效率或賦予非固氮微生物固氮能力；二是改變結瘤的鑒定過程或將固氮基因轉入根瘤菌，使非豆科植物結瘤固氮，擴大固氮作物的範圍；第三，應用基因工程培育不依賴固氮微生物的獨立固氮植物。如果這些研究成功，將對農業生產產生深遠的影響。
固氮微生物因其固氮酶能在常溫常壓下將氮轉化為氨，而工業合成氨要在高溫高壓下進行。為了改變這種情況，科學家們正在尋找壹種類似固氮酶的催化劑，可以在室溫下將氮氣變成氨氣。這是化學模擬固氮。化學模擬固氮的研究將為化學氮肥生產提供新的催化劑，對現代氮肥工業和農業生產具有重要意義。