在生命世界里，几乎所有的氮都是来自土壤中的硝酸根离子（NO-3）。植物吸收NO-3后，首先把它还原为NO2并进一步还原为NH3。这个代谢途径，许多科学家虽然已作了大量研究，但尚有不少细节迄今仍然没有搞清。我们目前已掌握的是，这种还原作用主要包括两个阶段：第一阶段是在硝酸盐还原酶系统中，把硝酸根离子转变为亚硝酸根离子。这一阶段的反应比较简单，绿色植物利用阳光为还原硝酸盐提供所需的能量。NADH2（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADPH2（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）都是来自植物的光合作用。
第二个阶段是在亚硝酸盐还原酶系统中把亚硝酸根离子转变为氨。这里的能量供给也是来自植物的光合作用。然而，这一阶段的反应复杂得多，其中还包含着我们目前尚不了解的一些反应步骤。
氨对于生命细胞是有毒的。因此，当反应过程中氨一旦形成，便立即被转变为一种无毒的含氮有机物——谷氨酸，然后再由谷氨酸转化为生物体内其他必需的氨基酸。生物体内由氨到谷氨酸的变化又称为还原性氨基化作用，参加反应的除有氨外，还必须有一酮戊二酸（来自生物体中的三羧酸循环）。这种还原性氨基化作用是人们迄今所知的由硝酸盐生化还原所产生的氨与碳化合物结合的唯一方法，也是动植物体内所有含氮有机物（蛋白质，核酸等）合成的必经之路。
蛋白质、核酸等含氮有机物都是生命中的重要物质，因此，人们对生物体内的氮的代谢作用特别重视不是没有理由的。虽然许多研究者在这个领域已经取得了不少成果，但是，目前人们对于氮代谢的认识还处于若明若暗之中。仅从生物界把硝酸根离子转换为有机氮的各种途径而言，就存在着许多秘密还未被揭开。这里所涉及的一些反应能量、酶系统及许多反应细节，都是科学家们目前亟待解开的谜。