氮素及含氮的活體物質的同化、異化和排泄，總稱為氮素代謝。植物一般吸收氨鹽或硝酸鹽等無機氮化合物，硝酸鹽要一經被還原為氨鹽或至與氨鹽有關的階段之后，便用于氨基酸和蛋白質的合成。相反，動物只能用氨基酸或蛋白質等有機氮化合物作為氮源，否則就不能利用。動物以體內吸收的氨基酸等為素材，合成本身固有的蛋白質。這種把外界的氮素成分變成生物體的構成物質的過程，稱為氮素同化。可是對植物來說，正像葉面噴灑尿素所看到的那樣，它們并不是沒有利用有機氮的能力。細菌等大部分微生物也能利用化合態氮素，但也有的能固定游離氮素。植物把硝酸鹽還原成為氨鹽過程的最初階段，是靠硝酸還原酶的作用。A．Nason和H．J．Evans等人已經闡明這種酶含有Mo和FAD。這種酶在真菌類（鏈孢霉等）中也有所發現。可是在這些真菌類的硝酸還原中卻存在有另外一種機制，硝酸還原的生理意義，除了作為蛋白質的合成途徑外，還起著一種無氧呼吸（硝酸呼吸，即以硝酸代替氧，形成末端電子受體）的作用。有些細菌并不把硝酸還原成為氨以氮素形態釋放出來，而是表現脫氮作用，另外，同樣在土壤中，有些細菌也能把氨鹽或亞硝酸鹽氧化成為硝酸鹽而進行硝化作用（硝化細菌）。由氨到氨基酸的合成途徑是由谷氨酸脫氫酶把氨與α-酮戊二酸進行還原而生成谷氨酸。一般認為這是由氨到氨基酸生成的主要途徑，由谷氨酰胺合成酶與谷氨酸合成酶把氨合成為谷氨酸的生成途徑也已經明確。如進而在生成的谷氨酸與丙酮酸間進行氨基轉移，就可生成各種氨基酸。另一方面，氨基酸在生物體內也因受到水解和氧化還原所進行的脫氨基反應而被分解。某些厭氧性細菌就能在兩種氨基酸之間進行相互的氧化還原（Stickland′s reaction）。細菌尤其是腐敗細菌能使氨基酸脫羧而生成胺。氨基酸因脫氨基分解生成的氨，在植物以谷氨酰胺或天冬酰氨的形態積存于體內，動物則以氨或轉化成為尿酸、尿素排出體外。