Il ciclo dell'azoto è un processo chimico fondamentale per la vita sul nostro pianeta e per l'esistenza degli stessi esseri umani.

I composti dell'azoto svolgono un ruolo di cruciale importanza nel metabolismo degli organismi viventi e molte molecole organiche presenti all'interno di piante, animali ed esseri umani quali aminoacidi, proteine e DNA contengono azoto. Inoltre i composti dell'azoto sono coinvolti nei processi chimici che avvengono nell'atmosfera con conseguenze sul sistema climatico.  Il ciclo dell'azoto è costituito principalmente da reazioni chimiche che avvengono nell'aria (soprattutto reazioni di ossidazione) e da reazioni chimiche che avvengono nella biosfera, sia nelle piante che nei microorganismi presenti nel suolo (ossidazione e riduzione).

Il ciclo dell'azoto è un ciclo biogeochimico con il quale l'azoto si muove principalmente tra l'atmosfera, il terreno e gli esseri viventi. Questo ciclo viene definito gassoso , cioè il deposito di questo elemento chimico, è appunto l'atmosfera, dove l'azoto occupa circa il 78 % del volume totale.

I composti dell'azoto sono indispensabili per la crescita delle piante. In natura, l'azoto può essere presente in forme "disponibili" (come nitrati o composti dell'ammoniaca) o "non disponibili" (come azoto molecolare o ossidi di azoto) per le piante. La conversione tra le due forme avviene mediante i processi di fissazione dell'azoto o denitrificazione.

Fissazione dell'azoto: è il processo che rende i composti dell'azoto nell'aria disponibili per le piante (in particolar modo azoto molecolare N2). La fissazione dell'azoto è resa possibile dall'opera di numerosi batteri e cianobatteri presenti sia nel suolo che nelle piante od anche in (alcune) specie animali. Le leguminose (Fabaceae), ad esempio, contengono questo genere di batteri all'interno delle loro radici. Tra i principali prodotti della fissazione dell'azoto figurano ammoniaca, nitriti e nitrati. Una dose abbastanza trascurabile di azoto proviene dai processi di disgregazione della roccia madre del terreno e dalle precipitazioni meteoriche (specialmente in caso di inquinamento dell'aria da nitrati).

Nitrificazione: è la seconda fase del processo di fissazione dell'azoto. Le molecole d'ammoniaca (o i sali d'ammonio derivati), che vengono così liberate nel suolo, possono subire un'ossidazione da parte di batteri liberi, con un processo chiamato nitrificazione, in cui si distinguono i batteri nitrificatori, che trasformano l'ammoniaca in nitriti (NO2-), ed i batteri nitratatori, che, a loro volta, ossidano i nitriti e contribuiscono alla produzione dei nitrati (NO3-)Denitrificazione: è il processo di riduzione del nitrato in azoto per opera di microorganismi (Bacillus, Pseudomonas ed altri batteri) che passano dalla respirazione aerobica alla respirazione dei nitrati, soprattutto nel caso di suoli scarsamente aerati. Il processo di denitrificazione può dare origine a numerosi intermedi di reazione tra i quali si distingue per importanza l'ossido nitroso, un gas serra permanente. I gas così prodotti ritornano nell'atmosfera.

I composti dell'azoto disponibili possono essere immagazzinati nel terreno sotto forma di sostanze inorganiche (nitrati) o incorporati in organismi viventi sotto forma di azoto organico.

Mineralizzazione (ammonificazione): è un processo durante il quale organismi decompositori quali lombrichi, termiti, lumache, chiocciole, batteri o funghi convertono l'azoto organico presente nelle piante morte in azoto inorganico. La prima fase è costituita dalla formazione di ammoniaca e dei suoi sali (NH4+X).

I principali processi alla base della produzione naturale degli ossidi di azoto sono costituiti dalle reazioni di ossidazione che avvengono a temperature estremamente elevate. Tali condizioni si verificano, ad esempio, durante la combustione in corrispondenza delle aree più calde degli incendi in seguito all'ossidazione dell'azoto molecolare, normalmente inerte, provocata dai fulmini o dalle eruzioni vulcaniche. I principali prodotti generati da tali processi sono l'ossido di azoto NO, il biossido di azoto NO2 e, dopo ulteriori reazioni, l'acido nitrico.