在土壤氧氣不足時，將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，并進一步把亞硝酸鹽還原為氨及游離氮的細菌。能將硝酸鹽還原，并產生分子態氮氣的細菌，稱為反硝化細菌。如反硝化桿菌等均屬此類。這種菌分布范圍較廣，大量存在于污水、土壤及廄肥中，在缺氧的條件下能夠將硝酸鹽變成氨和氮。
反硝化細菌的生理類群包括廣泛的腐生微生物組成。在通常氧化有機物質的條件下是依靠游離態02，而在轉為呼吸的嫌氣的條件下，則依靠硝酸鹽的結合態氧，硝酸鹽是氫的受體。
反硝化細菌能生存于作氮源用的硝酸鹽的介質中，它能利用這種化合物既可作為能量代謝，又可用于物質代謝。反硝化細菌在土壤氧氣不足的條件下，將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，并進一步把亞硝酸鹽還原為氨及游離氮的細菌。它們的酶系統能使 還原為NH3。，并且微生物可同化這種氮以便合成細胞物質。
它們在氙氣條件下，利用硝酸中的氧，氧化有機物而獲得自身生命活動所需的能量。反硝化細菌廣泛分布于土壤、廄肥和污水中。可以將硝態氮轉化為氮氣而不是氨態氮，與硝化細菌作用不*相反。主要應用于污水處理，如景觀水治理，城市內河治理，水產養殖處理等，其中水產養殖污水處理應用廣泛。
反硝化細菌在養殖水體中的作用：
1、降低水體中的亞硝酸鹽，減輕亞硝酸鹽對水生生物的毒害。
，由于當前我國水產養殖業集約化程度的提高，養殖水體出現亞硝酸鹽升高的現象，直接威脅養殖生物的生命,使養殖物的代謝器官功能下降，抗病力降低，嚴重時會造成大批死亡。嚴重影響養殖戶的利益。而反硝化細菌可以利用亞硝酸鹽為底物，通過反硝化作用轉化為氮氣排出水體，降低亞硝酸鹽的濃度，減緩或避免了亞硝酸鹽對水產生物的毒害作用。
2、減少水體的富營養化，凈化水體。
天然水體中由于過量營養物質(主要是指氮、磷等)的排入，引起各種水生生物植物異常繁殖和生長，這種現象稱作水體富營養化。水體富營養化導致藻類在水體中的過量生長，占據了魚類活動的空間；耗盡了水中的溶解氧，嚴重影響魚類的生存；藻類種類由以硅藻和綠藻為主轉為以藍藻為主，毒害水生生物。引起水體富營養化的原因主要為水體中氮濃度過高，而反硝化細菌可以將水體中含氮化合物轉化為氮氣，降低水體中的氮濃度，減緩和防止水體的富營養化現象，為水生生物的正常生長提供保障。
