החנקן הוא מרכיב יסודי של חלבונים, החיוניים לאורגניזמים. החנקן (חנקן מולקולרי) מהווה 78% מנפחה של האטמוספירה, עם זאת, אינו יכול להיקלט בצורה זו על ידי האורגניזמים. רוב היצורים החיים נושמים את החנקן שבאוויר ופולטים אותו בחזרה כמו שהוא. באמצעות תהליכים לא ביולוגיים (כמו ברקים והתפרצויות הרי געש) או תהליכים ביולוגיים הופך חלק מועט מהחנקן לחנקה (NO3−) הזמינה לצמחים.
התהליכים הביולוגיים מבוצעים בעיקר על ידי סוגים מסוימים של חיידקים (כדוגמת סוגים במערכת הכחוליות (ציאנובקטריות), Rhizobia ו-Frankia) ואצות. רובן מצויים בעיקר בסביבה מימית. ליצורים אלה יש את האנזים ניטרוגנז אשר מאפשר להם לפרק את הקשר החזק בין אטומי החנקן ליצירת אמוניה.
הצמחים קולטים את החנקן ויוצרים ממנו חלבון. את החלבון הזה אוכלים בעלי-החיים וכך הוא הופך לחלבון מן החי. בעלי חיים וצמחים מתים מפורקים על ידי מיקרואורגניזמים שהופכים את תרכובות החנקן שוב לחנקן שחוזר לאטמוספירה. כך, חוזר התהליך חלילה.
ניטריפיקציה – נקרא בעברית גם חנקון. תהליך בו מתקבל ניטראט כאשר אמוניה מתחמצנת. מכיוון שתהליך החמצון דורש חמצן הוא מתרחש אך ורק בנוכחות חמצן ומתבצע על ידי חיידקי קרקע אירוביים.
אמוניפיקציה – תהליך בו החנקן האורגני שברקבוביות נעשה זמין לקליטה בשביל צמחים. התהליך מתבצע על ידי מיקרואורגניזמים שונים המפרקים בקרקע, כך שלאחריו מתרכובות החנקן האורגני מתקבלת אמוניה או אמוניום. תהליך זה מתרחש רק בנוכחות חמצן.
דניטריפיקציה – בתהליך זה החנקן שוב חוזר לאטמוספירה. באמצעות חיידקי קרקע אנארוביים הניטרט חוזר שוב לחנקן מולקולרי. התהליך מתבצע כאשר אין חמצן משום שאז החיידקים משתמשים בניטרט כמקור לחמצן בתהליך הנשימה.
