光合固氮微生物是能進行光合作用,以二氧化碳為碳源、光合產物為能源進行固氮作用的微生物。有藍細菌(見藍藻門)中的許多屬種(如念珠藻屬、魚腥藻屬等)和光合細菌中的紅螺菌屬以及綠硫菌屬等。生物固氮概括地說是指某些微生物和藻類通過其體內固氮酶系的作用將分子氮轉變為氨的作用。
有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等,能夠生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根內的皮層細胞之間。這些固氮微生物和共生的植物之間具有一定的專一性,但是不形成根瘤那樣的特殊結構。這些微生物還能夠自行固氮,它們的固氮特點介於自生固氮和共生固氮之間,這種固氮形式叫做聯合固氮。