固氮作用：空气中含有大量氮元素，植物不能利用，只有微生物能有固定氮元素的功能，增加土壤氮源，土壤本身含氮甚少，而今，存在自然界的生物性氮，或在土壤中的氮肥，固氮微生物的居功不少。固氮微生物包括非共生、协生及共生三大类，都是原核微生物即无细胞核微生物，如细菌、放线菌及蓝绿藻类，自古以来，在土壤中默默耕耘着，其中以单位面积计算固氮量，从以共生固氮的能力最高。因此，未来固氮微生物的利用及发展尤为重要。
矿质化作用：动植物体的有机物分解成无机物，其中微生物是分解菌的主角，分解后的产物提供植物养分吸收。矿质化作用是主要持续供应土壤肥力及氮素铵所需的过程。有机质含量越高，矿质化作用越明显，因此，土壤有机质是重要的土壤肥力指標，矿质化的微生物成为自然界不可缺的清道夫。
硝化作用：有机氮经过矿质化作用形成铵态，或使用尿素分解也成铵态氮，这些土壤中的铵态氮会被硝化菌利用，转化为亚硝酸态最后转化成硝酸态氮，这种转化作用称为硝化作用。植物利用氮素形态的嗜好性或多或少有差异，一般而言，硝态氮是广泛地被喜爱接受。如铵态或亚硝态累聚浓度过高，将造成植物中毒现象，因此，硝化作用的微生物不可忽视。但因硝态氮甚易淋洗及脱氮，在雨水多的地方与季节，流失硝态氮是严重的问题，硝化抑制剂的发展也是为了弥补这一缺点。硝化菌喜通气良好，在氧气充足下进行硝化作用，在氧气缺乏时，硝化作用即难进行。
脱氮作用：土壤通气排水不良时，脱氮微生物利用硝态氮转化成气态氮而挥失，从氮肥利用上视为氮肥的浪费，因此，水田撒尿素时，部分尿素先经表而氧化层转化为硝态，硝态深入下层的还原层，将造成脱氮作用的浪费现象，因此，尿素或铵态氮肥需要深施，对氮肥保持很有益助，可减少脱氮作用发生，大颗粒肥料的目的也即在使肥料深施，尤其在水田更易下沉到达还原层，减少脱氮，並且有发展大颗粒缓效性的肥料，达到一举两得的功效。
氮不移动现象：氮不移动现象包括氮固定及微生物吸收的固定作用，有些土壤对铵态氮固定较强，使氮不易流失。微生物大量繁殖时，尤其是未腐熟有机肥料施入土壤后的初期，将氮元素大量吸收利用，如果作物也正需要氮肥，就发生了氮素竞争作用，使作物缺氮，发生叶黄化现象，因此，有机肥料应在作物未大量需要氮素前施用，如果园常在春天前施用有机肥料，以免发生氮元素竞争现象。以上氮素转化现象中，可以很明显看出土壤微生物与氮肥密不可分，土壤管理好，利用土壤微生物的能力，使氮肥减少浪费，达到经济效益，也是精致农业的目标之一。
