Cơ chế cố định đạm xảy ra theo phương trình

Cơ chế hóa sinh của quá trình cố định N cho đến nay vẫn chưa được sáng tỏ hoàn toàn, nhưng đa số các nhà nghiên cứu đồng ý với giả thuyết cho rằng N là sản phẩm đồng hóa sơ cấp của N₂ và có thể nêu ra 2 giả thuyết về 2 con đường cố định N của vi sinh vật sống tự do trong đất như sau:

Hình: Sơ đồ giả thuyết về các con đường của quá trình cố định N2

Trong công nghiệp, nhờ các chất xúc tác nên năng lượng dùng cho phản ứng cố định N₂ được giảm nhiều, chỉ vào khoảng 16-20 Kcalo/M, song lượng năng lượng vẫn còn lớn so với trong cơ thể sinh vật. Tốc độ phản ứng nhanh chóng trong tế bào vi sinh vật ở nhiệt độ thấp nhờ có hệ thống enzyme hydrogenase họat hóa H₂ và enzyme nitrogenase hoạt hóa N₂.

Nguồn cho điện tử và hydro là acid pyruvic. Đáng chú ý là trong quá trình chuyền điện tử có sự tham gia tích cực của feredocine (Fd). Fd là cầu nối giữa 2 hệ enzyme hydrogenase và nitrogenase để cố định N₂.