硝化作用是一個涉及將氨（NH3）轉化為硝酸鹽（NO3-）的過程，這個過程分為兩個主要階段：亞硝酸化作用和硝酸化作用。以下是這兩個階段的反應式：
亞硝酸化作用：
反應式：NH4++2O2→NO2-+H2O+2H+
或者表示為：55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N+54NO2-+57H2O+104H2CO3
硝酸化作用：
反應式：NO2-+1/2O2→NO3-
或者表示為：400NO2-+195O2+NH4++4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O
這兩個階段共同構成了硝化作用的完整過程，其中第一階段將氨轉化為亞硝酸鹽，第二階段則將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。這個過程是由硝化細菌完成的，它們利用氨和亞硝酸鹽作為能量來源，通過氧化這些物質獲得能量。