固定氮作用，是指將大氣中不能被植物直接利用的分子態氮轉化為含氮化合物，如氨、硝酸鹽、二氧化氮等，從而使其能被植物吸收利用的過程。這一過程主要通過生物固氮和非生物固氮兩種途徑實現。
生物固氮主要是通過固氮微生物（如細菌、放線菌和藍藻等）體內的固氮酶催化分子態氮還原為氨，這一過程需要在厭氧或低氧化還原條件下進行。生物固氮是土壤氮素的重要來源之一，對於提高土壤肥力和生態系統的生產力至關重要。
非生物固氮包括自然固氮和人工固氮。自然固氮主要通過閃電、高溫放電等高能過程將大氣中的氮氣轉化為含氮化合物，儘管這一途徑產生的含氮化合物相對較少。人工固氮則是通過工業過程，如哈柏-波希法，在高溫高壓條件下，使用催化劑促使氮與氫反應生成氨，這是目前工業上生產氨的主要方法。
綜上所述，固定氮作用是生態系統中的重要過程，它不僅涉及生物固氮的微生物作用，還包括自然和人工過程中的物理和化學作用。這一過程對於維持生態平衡、土壤肥力和農業生產力具有重要意義。