Con đường cố định nitơ phân tử xảy ra ở trong đất là số 5 trên hình.

Con đường cố định nitơ sinh học là do các vi sinh vật thực hiện gồm: vi khuẩn cố định đạm sống tự do và vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh
 

Sau đó, NH3 chuyển hóa thành NH4+. Sản phẩm của quá trình cố định nitơ chính là NH4+ 

Quá trình cố định nitơ sinh học được thực hiện nhờ enzim nitrogenaza. Nitrogenaza có khả năng bẻ gãy ba liên kết cộng hóa trị bền vững giữa hai nguyên tử nitơ (N2) để nitơ liên kết với hidro tạo amoniac (NH3). Trong môi trường nước NH3 chuyển thành NH4+.