包括兩個細菌亞群，一類是亞硝酸細菌（又稱氨氧化菌），將氨氧化成亞硝酸，另一類是硝酸細菌（又稱硝化細菌），將亞硝酸氧化成硝酸。這兩類菌能分別從以上氧化過程中獲得生長所需要的能量，但其能量利用率不高，故生長較緩慢，其平均代時（即細菌繁殖一代所需要的時間）在10小時以上。這兩類菌通常生活在一起，這樣便避免了亞硝酸鹽在土壤中的積累，有利于機體正常生長，而土壤中的氨或銨鹽必需在以上兩類細菌的共同作用下才能轉變?yōu)橄跛猁}。從而增加植物可利用的氮素營養(yǎng)。兩類菌均為專性好氣菌，在氧化過程中均以氧作為最終電子受體。大多數為專性化能自養(yǎng)型，不能在有機培養(yǎng)基上生長，例如亞硝化單胞菌（Nitrosomonas）、亞硝化螺菌（Ni-trosospira）、亞硝化球菌（Nitrosococcus）、亞硝化葉菌（Ni-trosolobus）、硝化刺菌（Nitrospina）、硝化球菌（Nitrococcus）等。只有少數為兼性自養(yǎng)型，也能在某些有機培養(yǎng)基上生長，例如維氏硝化桿菌（Nitrobacterwinogradskyi）的一些品系。從形態(tài)上看，也有多樣，如球形、桿狀、螺旋形等，但均為無芽孢的革蘭氏陰性菌；有些有鞭毛能運動，如亞硝化葉菌，借周身鞭毛運動；有些無鞭毛不能運動，如硝化刺菌。一般分布于土壤、淡水、海水中，有些菌僅發(fā)現于海水中，例如硝化球菌、硝化刺菌。硝化細菌在自然界氮素循環(huán)中具有重要作用。農業(yè)上可通過深耕、松土提高細菌活力，從而增加土壤肥力。但硝酸鹽也極易通過土壤滲漏進入地下水，成為一種潛在的污染源，造成對人類健康的威脅。因此農業(yè)上既可采用深耕、松土方法，亦可通過用施入氮肥增效劑（即硝化抑制劑），以降低土壤硝化細菌的活動，減低土壤氮肥的損失和對環(huán)境的污染。