硝化作用是一個生物化學過程，主要發生在有氧環境中，涉及氨（NH3）或銨（NH4+）的氧化，最終轉化為硝酸（HNO3）。這個過程主要由兩類細菌驅動：亞硝酸細菌和硝酸細菌。
在硝化作用中，首先由亞硝酸細菌參與，將氨或銨轉化為亞硝酸鹽（NO2-），這一步驟需要氧氣作為電子受體。然後，硝酸細菌將亞硝酸鹽進一步氧化成硝酸鹽（NO3-），這也是一個利用氧氣作為電子受體的過程。這兩個步驟都在好氧條件下進行，且涉及的細菌都是化能自養菌，利用二氧化碳（CO2）、碳酸鹽（CO32-）或碳酸氫鹽（HCO3-）等作為碳源，通過氧化氨（NH3）、銨（NH4+）或亞硝酸鹽（NO2-）來獲得能量。
硝化作用廣泛存在於土壤、水域和沉積物的生態系統中，對氮素循環、作物生產、廢水處理和環境保護都具有重要意義。此外，還有一些異養微生物、真菌和放線菌也能參與銨的氧化過程，儘管它們的氧化效率不如自養細菌高，但它們對不良環境的抵抗能力較強。