硝化作用是在有氧條件下，通過亞硝酸細菌和硝酸細菌的作用，將胺基酸脫下的氨轉化為硝酸的過程。這一過程對於自然界中的氮素循環至關重要，它不僅涉及到自養硝化作用（氨氧化菌氧化銨態氮為硝態氮），還包括異養硝化作用（異養微生物氧化有機氮或銨態氮為硝態氮）。硝化作用通常發生在通氣良好的土壤、廄肥、堆肥和活性污泥中，而反硝化作用則發生在缺氧環境中，如水體、淤泥和廢物處理設施中。
硝化作用分為兩個主要階段，首先氨被氧化成亞硝酸鹽，然後亞硝酸鹽進一步被氧化成硝酸鹽。這一過程需要大量的氧氣，並且會產生熱量和酸，可能會影響水溫和水質的pH值。硝化作用的效率受到多種因素的影響，包括溫度、水分和通氣狀況、土壤pH值以及氮源的供應等。例如，在酸性土壤中，長期施用化學氮肥會激發氨氧化古菌的活性和數量，而在中性和偏鹼性土壤中則是激發氨氧化細菌的活性和數量。
總的來說，硝化作用是自然界氮素循環中不可或缺的一環，它對於維持生態系統的氮平衡和土壤肥力的提高具有重要作用。同時，硝化作用也是農業生產中氮素損失或環境氮素污染的重要原因之一。