تثبيت النيتروجين عملية حيوية أو كيميائية يتحول فيها النيتروجين الجوي الخامل إلى مركبات يمكن للكائنات الحية استخدامها. تقوم بها بكتيريا حرة أو تكافلية، ولا سيما في جذور بعض النباتات البقولية، حيث يتحول النيتروجين إلى أمونيوم يدخل في بناء البروتينات والأحماض النووية. كما يحدث التثبيت طبيعياً بفعل البرق وصناعياً في إنتاج الأسمدة. يعد تثبيت النيتروجين أساسياً لدورة النيتروجين ولخصوبة التربة واستمرار الحياة النباتية والزراعية.