Живое вещество находится в постоянном процессе обмена веществ со средой обитания. Живые организмы вовлечены во многие биогеохимические циклы.
Одним из важных циклов является круговорот азота (нитрогена), так как элемент является обязательным компонентом белков (входит в аминогрупп аминокислот), нуклеиновых кислот (входит в азотистые основания), фосфолипидов (входит в состав наиболее распространенного фосфолипида — фосфатидилхолина) и других важных органических веществ. Основными процессами этого цикла являются:
- азотфиксация — восстановление молекулярного азота воздуха до аммиака, который осуществляется бактериями, объединенных названием азотфиксирующих, однако могут принадлежать к разным таксономическим группам, одними из азотфиксирующих организмов являются клубеньковые бактерии, которые симбиотически сосуществуют с корневой системой бобовых растений;
- нитрификация — окисления аммиака до нитритов и нитратов, которые далее могут использоваться растениями для синтеза азотсодержащих органических веществ, осуществляется нитрифицирующих бактериями;
- денитрификация — восстановление нитратов и нитритов до молекулярного азота осуществляется денитрифицирующими бактериями.