化能合成作用是一種營養方式，指某些微生物利用二氧化碳作為主要碳源，以無機含氮化合物為氮源來合成細胞物質，並通過氧化外界無機物來獲得生長所需的能量。這種過程與光合作用相似，都是將無機物轉化為有機物，但化能合成作用的能量來源於化學能，而非光合作用中的光能。
進行化能合成作用的微生物包括硝化細菌、硫細菌、鐵細菌和氫細菌等。例如，硝化細菌可以利用氨氧化成亞硝酸、進而氧化成硝酸的過程釋放的能量來合成有機物。這些微生物的化能合成作用對於維持地球上的物質循環平衡和環境保護非常重要。它們可以提高土壤肥力，增加植物的氮素營養，改善土壤礦質營養的可溶性，以及在特定環境下如海底進行生命活動，對維持生態系統的平衡和功能至關重要。
然而，這些微生物的活動也可能對人類造成危害，例如通過腐蝕金屬等。