生物固氮效應是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程。生物固氮效應只發生在少數的細菌和藻類中。 因地殼含有極少的可溶性無機氮鹽,所有生物幾乎都需要依賴固氮生物固定大氣中的氮而生存,因此生物固氮效應對維持自然界的氮循環起著極為重要的作用。對固氮生物的研究和利用能為農業開闢肥源,對維持和提高土壤肥力有很大意義。
在土壤中或培養基中生活時,可以自行固定空氣中的分子態氮(氨態氮)。在進行固氮作用時對植物或其它生物沒有明顯的依存關係。常見的自生固氮微生物包括以圓褐固氮菌為代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌為代表的厭氧性自生固氮菌,以及以魚腥藻、念珠藻和顫藻為代表的具有異形胞的固氮藍藻(異形胞內含有固氮酶,可以進行生物固氮)。