固氮作用（英语：Nitrogen fixation），简称固氮，指将空气中游离态的氮（氮气）转化为含氮化合物（如硝酸盐、氨、二氧化氮）的过程。可分为自然固氮以及人工固氮两种。

自然固氮（Natural nitrogen fixation）是在自然状态下（非人工），将大气中游离态的氮（氮气）转化为含氮化合物（如硝酸盐、氨、二氧化氮）的过程。自然固氮的途径主要有两种：

微生物自生或与植物共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中的氮还原成氨的过程。

自生固氮的细菌有固氮菌、巴氏梭菌、克氏杆菌、光合细菌等。与豆科植物共生固氮的有根瘤菌。非豆科植物共生固氮的有放线菌。蓝藻如念珠藻、项圈藻等能自身固氮，也能与其他植物如满地红共生固氮。此外茜草科、紫金牛科和薯蓣科中某些植物叶片上有固氮微生物共生的叶瘤。

Nitrogen fixation is a process in which nitrogen (N₂) in the atmosphere is converted into ammonia (NH₃). Atmospheric nitrogen or molecular dinitrogen (N₂) is relatively inert: it does not easily react with other chemicals to form new compounds. The fixation process frees nitrogen atoms from their triply bonded diatomic form, N≡N, to be used in other ways.