Fixação de nitrogênio ^{(português brasileiro)} ou fixação de nitrogénio ou fixação de azoto ^{(português europeu)} é o processo pelo qual o nitrogênio gasoso é convertido em amônia (N₂ → NH₃), ou outra molécula semelhante, para então ser incorporado em uma molécula orgânica (por exemplo, aminoácido). Esse processo é essencial em ambientes naturais pobres em nitrogênio, pois ele converte uma forma de nitrogênio inerte em outra disponível para assimilação por organismos vivos. Em ambientes terrestres, bactérias diazotróficas, alguns fungos e leveduras podem realizar a fixação do nitrogênio. Um exemplo clássico de fixação de nitrogênio envolve bactérias do gênero Rhizobium que vivem associadas simbioticamente a raízes de plantas leguminosas (família Fabaceae). Também há evidências da associação de bactérias fixadoras de nitrogênio com gramíneas (família Poaceae). Neste caso, as bactérias não formam nódulos nas raízes da planta (como ocorre com as leguminosas) e fixam nitrogênio atmosférico somente quando não há acúmulo de oxigênio em seu entorno. As bactérias utilizam parte dos fotoassimilados da planta hospedeira para gerar a energia necessária para promover esse processo de fixação biológica de nitrogênio. Por outro lado, a planta beneficia-se do nitrogênio fixado pela bactéria para síntese de suas proteínas. A inoculação de bactérias diazotróficas em sementes de leguminosas é uma tecnologia capaz de reduzir consideravelmente a adubação mineral nitrogenada (e em alguns casos substitui completamente a adubação), pois o nitrogênio fixado pode alcançar em média 1500 kg por hectare e resulta em expressiva redução do custo de produção da cultura. Essa tecnologia deve-se principalmente aos estudos de Johanna Döbereiner (1924-2000). No oceano, as cianobactérias são os principais organismos fixadores do nitrogênio gasoso dissolvido na água do mar. Trichodesmium é o principal gênero de cianobactéria fixadora de nitrogênio no oceano. A fixação do nitrogênio também tem um importante papel na agricultura e na indústria, com destaque para as indústrias farmacêutica e bélica. Por exemplo, o processo de fixação do nitrogênio é empregado na fabricação de alguns explosivos.