Một cách đơn giản, ta có thể giải thích rằng đó là trong các loài cây họ đậu đó có chứa các vi khuẩn có khả năng cố định Nitơ ở trong không khí,
Xúc tác cho quá trình cố định N2 là enzim nitrogenaza. Thực chất của quá trình này là sự tạo phức của N2 (như là một phối tử) với hợp chất chứa kim loại chuyển tiếp (Mo và V) có trong thành phần của vi khuẩn.Sau khi Nitơ được giữ lại trong vi sinh vật , nó sẽ tiếp tục bị chuyển hóa thành các dạng đạm khác nhau dưới tác dụng của các enzim
Một số loài vi khuẩn khác thuộc giống rhizobium mặc dù tự mình không cố định được nitơ không khí, nhưng lại có khả năng làm được việc này nhờ hợp tác với tế bào của rễ cây họ đậu hay một vài loại rau củ khác. Vi khuẩn xâm nhập vào rễ cây và kích thích cây họ đậu hình thành các nốt sần ở rễ. Sự hợp tác của tế bào cây họ đậu và tế bào vi khuẩn để có khả năng cố định đạm là một quá trình không thể thực hiện được một mình. Vì vậy các cây họ đậu thường được trồng để phục hồi độ phì nhiêu của đất sau khi loài cây khác được trồng ở đó nhiều vụ. Những nốt sần vi khuẩn đó có khả năng cố định được trên 150kg N/ha/năm, gấp nhiều lần sự cố định N của vi khuẩn đất (18kg/ha/năm).
Mặc dù nitơ chiếm 4/5 khí của khí quyển, nhưng chỉ có một vài loại thực vật có khả năng dùng được nitơ phân tử. Khi các cơ thể của vi khuẩn cố định nitơ chết, các amino axit được đồng hóa thành amoniac và sau đó được biến đổi sang nitrit và nitrat nhờ các vi khuẩn nitrit và nitrat hóa.
Nitơ khí quyển cũng còn được cố định nhờ năng lượng điện hoặc sấm sét tự nhiên.
Trong PTN các nhà khoa học từ lâu cũng đã tìm cách cố định Nitơ trong không khí, năm 1964 hợp chất Ti có thể xúc tác cho quá trình điều chế NH3 ở nhiệt độ phồng và áp suất khí quyển. Một số phức chất của Ti, V, Cr, Mo, W cũng có hiệu lực mạnh chuyển hóa Nitơ tự do.
