La fijación de nitrógeno por algunos vegetales es crítica para mantener la debida riqueza del suelo, ya que convierte la forma atmosférica inerte de nitrógeno en compuestos utilizables por las plantas. Las leguminosas son un grupo importante de plantas que tienen la habilidad de fijar nitrógeno, gracias a una relación simbiótica con bacterias capaces de fijar nitrógeno en los nódulos de la raíz. Las legumbres son a menudo utilizadas como cultivo de rotación para incrementar de manera natural el nitrógeno del suelo. Los científicos han dedicado muchos años a entender la simbiosis entre las legumbres y la bacteria rizobial, con la esperanza de que algún día puedan transferir este rasgo al resto de plantas de cultivo, que en su mayor parte no pueden fijar nitrógeno por sí mismas.

La agricultura, sobre todo la intensiva, depende mucho de fertilizantes inorgánicos que proporcionan nutrientes, particularmente nitrógeno, que resultan de importancia crítica para el crecimiento del vegetal. La producción de fertilizantes nitrogenados requiere una gran cantidad de energía, estimada aproximadamente en un 50 por ciento del combustible fósil usado en el trabajo agrícola moderno. Los fertilizantes inorgánicos también causan problemas medioambientales vinculados a la contaminación por filtración en las redes fluviales para abastecimiento humano.