豆科植物的固氮原理主要涉及與土壤中的根瘤菌建立的共生關係。這種共生關係允許根瘤菌在豆科植物的根部形成根瘤，從而將大氣中的氮氣轉化為氨，這是一種植物可以高效利用的形態。在這一過程中，豆科植物為根瘤菌提供必要的碳水化合物，以換取固定的氮素，供自身生長所需。此外，固定的氮素也會釋放到土壤中，供其他植物利用。
根瘤菌的固氮活動需要一個低氧的環境，因此豆科植物會產生大量的豆血紅蛋白來有效地從根瘤中分離氧氣，維持根瘤內的低氧條件，從而提高固氮效率。豆科植物中的NLP家族蛋白被發現在調控豆血紅蛋白基因表達中起著關鍵作用，這一發現為提高豆科植物的固氮能力以及探索非豆科植物的自主固氮提供了理論依據。