当我们把豆类植物连根拔起时，除了看到像胡子一样的根毛之外，根毛上还长有许许多多的小圆疙瘩。这些球状结构是由于一种微生物侵入植物根部后形成的“肿瘤”。植物身上的这种“肿瘤”不但不会使植物生病，反而成了专门供给植物营养的小“氮肥厂”。
在显微镜下可以看到，根瘤中住着一种叫根瘤菌的细菌。它们侵入植物根部后，分泌出一些物质，***根毛的薄壁细胞，使增殖形成“肿瘤”。根瘤菌依赖植物提供营养来生活，同时把空气中游离的氮气固定下来供给植物利用。一个小小的根瘤就像一个微型化肥厂，源源不断地把氮气变成氨提供给植物吸收。
生物固氮由两类微生物来实现。一类是能独立生存的非共生微生物，主要有三种：好气性细菌、嫌气性细菌和蓝藻；另一类是与其他植物共生的共生微生物，如与豆科植物共生的根瘤菌、与非豆科植物共生的放线菌以及与水生蕨类红萍共生的蓝藻等，其中以根瘤菌最为重要。
首先，根瘤菌中的钼铁红蛋白催化氮气还原为氨气。 接着，氨气与根瘤菌内的酸性物质反应，生成铵盐。 然后，铵盐在根瘤菌内一系列氨基划酶的作用下变成有机胺，例如氨基酸 然后，侵染植物根皮层的根瘤菌的一部分有机胺和无机铵释放，被植物利用。
