硝化作用是土壤和自然環境中一個重要的生物地球化學過程，主要涉及兩個階段：
氨氧化階段。胺基酸釋放的氨在亞硝酸細菌的作用下被氧化為亞硝酸。
亞硝酸氧化階段。亞硝酸在硝酸細菌的作用下被氧化為硝酸。
這個過程必須有氧氣的參與，通常發生在通氣良好的土壤、廄肥、堆肥和活性污泥中。硝化作用可以分為自養硝化作用和異養硝化作用兩種類型：
自養硝化作用。氨氧化菌將銨態氮氧化為硝態氮。
異養硝化作用。異養微生物氧化有機氮或銨態氮為硝態氮。
硝化作用受到多種因素的影響，包括土壤pH值、氧氣含量、溫度等。長期施肥可以激發自養硝化作用，特別是有機肥的使用，能顯著提高土壤pH值，從而激發自養硝化作用。