土壤硝化作用是指在硝化細菌的作用下，土壤中的氨態氮被氧化成亞硝酸，並進一步被氧化成硝酸的過程。這個過程廣泛存在於土壤、水域和沉積物的生態系統中，對作物生產、氮素循環、廢水處理和環境保護均有密切的關係。硝化作用通常可分爲自養硝化作用（氨氧化菌氧化銨態氮爲硝態氮）和異養硝化作用（異養微生物氧化有機氮或銨態氮爲硝態氮）。
硝化作用是土壤氮循環的核心環節，在農業系統中直接影響肥料的利用效率，是造成氮素損失或環境氮素污染的重要原因之一。此外，硝化作用必須以良好的通氣條件爲前提，因爲硝化細菌是一類好氣性微生物。土壤中性偏鹼，通氣良好，水分爲田間持水量的50～70%，溫度爲10～30℃時，最適宜硝化細菌的生長繁殖，銨鹽也能迅速被轉化爲硝酸鹽。