自然固氮是指在自然條件下將空氣中游離態的氮氣轉化為含氮化合物的過程，主要通過兩種方式進行：
生物固氮。生物固氮是由某些微生物，如固氮細菌、藍藻等，在常溫常壓下通過生物化學過程實現氮氣的還原，將氮氣轉化為氨或銨離子，這一過程在土壤、水體或與植物共生時發生，生物固氮是自然界中最主要的固氮方式。
非生物固氮。非生物固氮是通過自然界的物理過程如閃電、高溫放電等，這些過程中產生的高能反應可以將氮氣轉化為含氮化合物，儘管這種方式較為罕見且效率不高，但在某些情況下仍對固氮有貢獻。
這兩種方式共同構成了自然界中氮的循環，對於維持生態平衡和生物多樣性至關重要。