تفاعلات تثبيت النتروجين هي تلك التي يتحول بواسطتها جزيء النتروجين الغازي إلى واحدة من صيغ النتروجين المثبت التي تحصل في البيئات المائية أو بيئات اليابسة، خصوصاً النترات وأيونات الأمونيوم. يتطلب هذا التحويل كسر الرابط N=N القوي تساوي طاقة الربط في الرابط N=N الثلاثي 945 كيلو جول للمول). لذا يحتاج التفاعل إلى طاقة كبيرة.

ثمة مصادر ملائمة محدودة لهذه الطاقة العالية في الجو، منها انفراغات البرق والأشعة الكونية وذيول الشهب . ويُقدَّر أن ⁶tony^-1 5×10 من النتروجين يحصل تثبيتها بواسطة تلك الظواهر الطبيعية.

ويُعتبر الإنتاج الصناعي للأمونيا بواسطة سيرورة هابر (Haber) الشهيرة مسؤولاً عن تثبيت 10⁷  ×tony 6 من النتروجين:

في سيرورة هابر، الهواء هو مصدر النتروجين وميثان الغاز الطبيعي هو مصدر الهدروجين. ويحصل التفاعل عند ضغط يساوي ⁴ 10× kPa  3 ودرجة حرارة تساوي 500^°C بوجود محفّز من النيكل. ويُستعمل جزء كبير من الأمونيا مباشرة في تسميد التربة، ويُستعمل الباقي مادة أولية لصنع البولة (اليوريا) NH₂)₂CO) ومنتجات صناعية أخرى. لاحظ أن إنتاج هذه السلعة الكيميائية يحتاج إلى الغاز الطبيعي بوصفه مادة أولية ومصدر طاقة لسيرورة التركيب. لذا يُعتبر إنتاج الأمونيا عاملاً رئيسياً في اقتصاد الطاقة العالمي. 

ويمكن لتثبيت النتروجين، الذي تقوم فيه متعضيات اليابسة المكروية، أن يتضمن مشاركة بكتريا من قبيل جرثومة الريزوبيوم (Rhizobium) التي تعيش متكافلة مع عقد على جذور نباتات من قبيل البقول والأشجار الأليفة للماء. إن هذه المتعضيات قادرة على تحفيز تحويل النتروجين الجوي إلى صيغ عضوية يمكن للنباتات استعمالها. وعلى غرارها، ثمة 15 نوعاً على الأقل من المتعضيات المكروية الحرة غير المتكافلة، من قبيل الليبوفيروم الحلزوني (Spirillum lipoferum)، التي توجد في بيئات معينة وتستطيع تثبيت ما يصل إلى  100 ^-1kg ha^-1 y من النتروجين ويُقدَّر أنه يجري تثبيت ما مجموعه 10⁸ × 1.5 ^-1  ton y من النتروجين حيويا في التربة.

ويمكن للتثبيت الحيوي أن يحصل أيضاً بوساطة متعضيات مكروية بحرية، ومنها أنواع متنوعة من الطحالب ذات اللون الأخضر المائل إلى الزرقة والبكتريا الآزوتية Azotobacter والكلوستريديوم Clostridium وتقدَّر الكمية التي تثبتها هذه الكائنات بـ  ⁷ 10×1 ^-1  ton y    .

بالمحصلة ، يُنقل⁸ 10×  2.3  ^-1 ton y من النتروجين من الجو إلى الأجزاء البيئية الأخرى بواسطة تفاعلات التثبيت، ونحو 25% من تلك الكمية تنجم عن أنشطة بشرية.