自生固氮菌是指在土壤中能够独立进行固氮的
细菌。由于培养等处理容易，在实验室里可固定大量氮素，所以对固氮的研究多使用此种生物。自生固氮菌大多数是杆菌或短杆菌，单生对生皆有。经过两三天的培养，成对的菌体呈“∞”排列，并且外面有一层厚厚的荚膜。在自然界广泛分布于土壤和水中，与蓝藻同为固定游离氮类的生物，一般不适合在酸性环境中培养。该菌除能固氮外，还具有极高的呼吸活性，呼吸熵（QO2）可高达2000。随着条件的不同，有的种类可形成包囊。
褐色球形自生固氮菌（A. chrooco-ccum）（又称“
圆褐固氮菌”）
棕色自生固氮菌（A. vinelanii）
敏捷氮单胞菌（A. agilis）
氮酶还原酶与Mg－ATP结合后，被
铁氧还蛋白或
黄素氧还蛋白或Na2S2O4还原并与酶暂时地结合，以进行电子转移。氮酶还原酶每次转移一个e给氮酶。伴随着两个Mg－ATP的水解。在催化过程中，氮酶还原酶必需反复氧化还原，以保证有足够的电子转移给氨酶，还有氮分子。
固氮酶除能将分子氮还原为氨外，还能催化一些具有N—N、N=O、C≡N以及C≡C键化合物的还原，如将乙炔（C2H2）还原为甲烷（CH4）等。用乙炔还原法测定固氮酶活性，就是根据固氮酶作用底物的多样性。固氮酶还原C2H2形成C2H4，能够用气相层析仪快速测定，简便而灵敏。这一固氮酶活性的间接测定法已被广泛应用。
许多化合物是固氮酶的抑制剂，当其他废物存在时，都可与分子氮竞争电子。氢是固氮作用的专一性抑制剂，但不抑制其他底物的还原作用，也不抑制ATP的水解。另一方面，氢也是固氮过程中的产物。固氮酶在还原氮的同时放氢，这对固氮作用是不利的，因为消耗了ATP和电子。有些
固氮细菌具有氢酶催化氢分子为质子，H22H++2e，使放出的电子被再利用，从而节约了能源。
固氮酶对氧敏感，氮的还原过程是在无氧条件下进行的。自生固氮菌对固氮酶的防氧保护机制，能够在进行有氧生活的同时固氮。保持很强的呼吸活性，借以维持细胞内固氮酶周围的低氧浓度；另一方面，它的细胞中含有一种Fe－S蛋白，与固氮酶结合时增加后者的稳定性。此外，自生固氮菌在胞壁外被有荚膜或粘质，有阻碍氧向细胞内扩散的作用。
氨是固氮作用的产物，但在培养固氮菌时加铵盐，则固氮作用受到抑制，这时固氮菌利用现成的化合态氮进行生长。氨不是抑制固氮酶本身的活性，而是阻碍固氮酶合成基因的表达。整个作用机制很复杂。固氮菌具备一套酶系统，能有效地将氨转化为氨基酸，进而同化为蛋白质。氨基酸的合成是通过
谷氨酰胺合成酶（GS）和
谷氨酸合成酶（GOGAT）的偶联作用，同时有各种
氨基转移酶参加。所以自生固氮菌在固氮过程中，不会在细胞中积累氨，也很少有氨分泌到细胞外面来。
将不同地点的土样均匀地撒在无氮培养基平板上,分离并鉴定自生固氮菌。同时采用抑菌圈法和
分光光度计测透光率的方法,检测6种常用的田间农药对自生固氮菌的生长影响;还运用茚三酮显色反应检测农药对自生固氮菌固氮效果的影响。结果表明,不同农药及其不同浓度对自生固氮菌生长及固氮量的影响有所不同。为添加固氮菌以提高农作物产量,监测固氮菌含量来评估作物产量,以及田间正确使用农药提供了理论依据。