Азотфиксиращите бактерии преобразуват газообразен азот в амоняк, който след това нитрифициращите бактерии превръщат в нитрати. Растенията поемат нитратите и ги използват за растеж. Нитрификация (преобразуване на амоняк в нитрат) е аеробен процес – се осъществява при наличие на кислород. Дени трифицирането, от друга страна, се случва в анаеробни условия, тъй като денитрифициращите бактерии използват нитрат вместо кислород като електронен приемник.
Денитрифициращите бактерии първо редуцират нитрата до нитрит, след това до азотен оксид (NO). Азотният оксид се превръща в азотен диоксид (N₂O), който накрая се редуцира до азотен газ (N₂). Този процес се катализира от поредица от специализирани ензими. В началните етапи нитратът замества кислорода като последен електронен приемник; в следващите стъпки получените продукти се превръщат в азотен газ.
При стрес за микробите процесът може да не завърши напълно и вместо азотен газ се отделят междинни продукти, най-често азотен диоксид (N₂O). Този газ е много по-силен парников ефект от CO₂ и допринася за затоплянето на планетата. Според изследване от 2003 г. в списание Applied and Environmental Microbiology, концентрацията на N₂O в атмосферата се е увеличила през последното столетие, вероятно поради излишъка от азотни торове.
Денитрифицирането намалява наличието на азот в почвата, което фермерите разглеждат като нежелан, но неизбежен процес. Въпреки това, това е част от азотния цикъл – фиксация, усвояване от растения, освобождаване от разложителите и връщане към атмосферата. Целият цикъл е от съществено значение за растежа на растенията и за всички организми, които зависят от тях, включително човека.