能将铵氧化为亚硝酸及亚硝酸氧化为硝酸的细菌总称。它们共同完成将铵转化成硝酸的硝化作用。分属两个生理群，分两阶段进行硝化作用，第一群氧化铵成亚硝酸，称亚硝酸菌，有4个属。第二群氧化亚硝酸成硝酸，叫硝酸菌，有3个属。这两群细菌都是专性化能自养菌，从氧化铵和亚硝酸中取得能量，固定CO₂合成自身细胞，不需要生长因子。细胞球形或杆状，革兰阴性，无芽孢，严格好气，鞭毛周生或极生，有的无鞭毛。细胞内具有复杂的膜系统。全部硝化细菌组成硝化杆菌科（Nitrobacteraceae）。（见表）

硝化细菌属的特征

硝化细菌生长缓慢，实验室进行纯培养时，亚硝酸菌的代时为12～20小时；硝酸菌的代时为8～10小时。在土壤中，其代时可超过100小时以上。这类细菌生长虽缓慢，但氧化还原氮化物的能力却很强。实验室条件下，以干细胞计算每天每克可氧化1～30g；氧化5～70g。环境适宜时，铵一进入土壤即被氧化成硝酸。其氧化过程为：

硝化细菌

硝化过程的产物为，N₂O和。对生物剧毒，但一般环境中不积累。为水溶性，可供植物吸收利用，也易从土壤中流失。在厌气条件下，经反硝化作用变成N₂及其他含氮气体，使氮肥损失。在土壤中大量积累或流失均可造成不良影响：①在土壤中过剩，植物吸收多，细胞中含量大，易变成，造成人畜中毒；②从土壤中流失，如进入饮用水，造成饮水污染；③进入江河湖海，造成富营养现象，使藻类大量生长，藻垫死亡后，经异养菌分解，大量耗O₂，造成水生动物缺O₂死亡。硝化作用另一产物N₂O也造成大气污染，产生不良后果（见硝酸还原）。