硝化者亚硝化毛杆菌和硝化杆菌的活动结果所产生的硝酸，可以被高等植物吸取和进一步代谢掉,此外，然而，硝酸可以转变为氮气或氧化氮，或者两种气体的混和物，这一过程叫脱氮作用．气体回到大气中故脱氮作用代表消耗土壤氮的一种机理。

脱氮有机体的本性，是一种在产能的电子传递中能较氧更自由地利用亚硝酸或硝酸作为末端受氢体的细菌，在无氧条件下，脱氮作用发生得最迅速,这个过程被氧所抑制，因为这个气体作为末端电子受体有效地与亚硝酸或硝酸竞争。

脱氮作用的第一步包含硝酸到亚硝酸的还原，这个反应涉及的酶叫作呼吸的硝酸还原酶，与同化的硝酸还原酶对比一个分子状的酶，分子状的呼吸的或异化的硝酸还原酶曾从各种有机体中制备，而且可以证明硝酸转变为亚硝酸是与发生ATP偶联的，在这些硝酸还原酶中还原剂的传递，似乎介于细胞色素和钼之间。

即为反硝化作用

微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途，一是利用其中的氮作为氮源，称为同化性硝酸还原作用：NO3-→NH4+→有机态氮。许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮（N2），称为反硝化作用或脱氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。能进行反硝化作用的只有少数细菌，这个生理群称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸，

少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。

反硝化作用使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利。农业上常进行中耕松土，以防止反硝化作用。反硝化作用是氮素循环中不可缺少的环节，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少，消除因硝酸积累对生物的毒害作用。