Chu trình nitơ hoạt động bằng cách thúc đẩy sự tuần hoàn của nitơ qua các thành phần sinh học và phi sinh học của hệ sinh thái. Chu trình bắt đầu và kết thúc với nitơ phân tử trôi nổi tự do như một thành phần chính của khí quyển Trái đất.
Nitơ trong khí quyển có thể được hấp thụ bởi mưa và mang vào đất dưới dạng axit nitric, hoặc HNO3. Khi ở trong đất, vi khuẩn và một số cây họ đậu cố định nitơ. Đậu phộng, cỏ ba lá và đậu nành tồn tại cộng sinh với vi khuẩn để sử dụng axit nitric làm phân bón hỗ trợ sự phát triển của chúng. Sản phẩm phụ của quá trình này là một chất hóa học được gọi là amoniac, hoặc NH3. Amoniac được sử dụng làm nhiên liệu bởi các vi khuẩn chuyên biệt, cuối cùng chuyển hóa nó thành nitrat, NO3-, sau đó thực vật có thể sử dụng để tổng hợp protein một cách hiệu quả.
Khi thực vật chết, chất dinh dưỡng của chúng sẽ bị vi sinh vật trong đất tiêu thụ. Nitrat mà chúng sử dụng trong cuộc sống sau đó sẽ được các vi khuẩn này tiếp tục phân hủy. Khi nó được tiêu thụ, nitrat bị bẻ gãy bởi quá trình trao đổi chất của vi sinh vật thành khí nitơ, N2, và một sản phẩm phụ thứ cấp được gọi là oxit nitơ, hoặc NO2. Nitơ phân tử, do đó được giải phóng khỏi thành phần sinh học của chu trình, được các vi sinh vật bài tiết ra ngoài và quay trở lại bầu khí quyển để chờ đợi cơn mưa tiếp theo.
