蓝藻等细胞内都具有固氮酶。不同固氮微生物的固氮酶均由钼铁蛋白和铁蛋白组成。固氮酶必须在厌氧条件下，即在低的氧化还原条件下才能催化反应。固氮作用过程十分复杂，目前还不完全清楚。 其化学本质是氮气经过一系列酶触反应最终变为一些含氮有机物如蛋白质等的过程。
