Quá trình Haber là một phản ứng hóa học trong đó khí nitơ diatomic phản ứng với khí hydro để tạo thành amoniac. Phương trình phản ứng là: N2 + 3H2 -> 2NH3. Mặc dù phản ứng này có vẻ đơn giản nhưng quá trình Haber chỉ tạo ra amoniac trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao, theo thứ tự 200 atm và 400 độ C. Oxit sắt hoặc osmi có thể hoạt động như chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng.
Trong lĩnh vực vi sinh, một số vi khuẩn đã phát triển khả năng chuyển nitơ trong khí quyển thành amoniac. Các vi khuẩn cố định đạm này sống trong đất cũng như trong các nốt sần ở rễ cây họ đậu và các cây khác. Những vi khuẩn này đã phát triển một chiến lược phức tạp cho phép chúng chuyển đổi khí nitơ thành amoniac ở nhiệt độ và áp suất thấp hơn nhiều so với quy trình Haber.
Vi khuẩn cố định nitơ dựa vào một phức hợp enzym gọi là nitrogenase để tách liên kết ba giữ N2 với nhau và khử từng nguyên tử nitơ bằng hydro để tạo thành amoniac. Nitrogenase chứa các cụm molypden, sắt và lưu huỳnh bằng cách nào đó điều phối phản ứng nhiều bước này.Mặc dù các chi tiết không được hiểu đầy đủ, hai tính năng được thiết lập tốt; đầu tiên, nitrogenase hoạt động độc quyền trong môi trường yếm khí. Một loại protein lưu huỳnh sắt đặc biệt được gọi là Shethna lọc oxy tự do để ngăn không cho nó bất hoạt nitrogenase. Thứ hai, mỗi mol N2 chuyển hóa thành NH3 yêu cầu đầu vào là 16 phân tử ATP - một khoản đầu tư năng lượng khổng lồ (nhưng cuối cùng đáng giá) cho một vi khuẩn đơn bào.
