I diazotrofi sono microrganismi che fissano l’azoto gassoso atmosferico in una forma biologicamente più utile come l’ammoniaca. Esempi di organismi che fanno questo sono i Rhizobia, Frankia (in simbiosi), e Azospirillum. I diazotrofi possono crescere senza fonti esterne di azoto già fissato. Contengono solitamente sistemi con nitrogenase a ferro-molibdeno.

Due dei sistemi più studiati sono quelli di Klebsiella pneumoniae e Azotobacter vinlandii .