Bakterie nitryfikacyjne – chemolitotroficzne bakterie tlenowe (aeroby obligatoryjne). Uczestniczą w cyklu azotowym utleniając amoniak (zawarty np. w wodzie deszczowej, kurzu, sadzy, ekskrementach ptaków) do kwasu azotawego i azotowego. Z dwutlenku węgla wiązanego w cyklu Calvina bakterie wykorzystują węgiel do budowy węglowodanów i szkieletu białkowego w komórkach (obecność węglanów i innych związków mineralnych wpływa dodatnio na szybkość procesu nitryfikacji). Bakterie te nie przeprowadzają glikolizy oraz cyklu Krebsa. Protony wodoru z procesu utleniania bezpośrednio biorą udział w łańcuchu oddechowym, natomiast do syntezy NADH2 (do cyklu Calvina) potrzebna jest energia z ATP.
Grupy fizjologiczne Wyróżnia się bakterie I i II etapu nitryfikacji: nitrozobakteri – bakterie I etapu nitryfikacji (utlenianie jonu amonowego), np. Nitrosococcus oceanus, Nitrosolbus multiformis, Nitrosomonas europaea. Produkowany przez nie kwas azotowy silnie hamuje reakcję utleniania, w której powstaje, jest wydzielany poza komórkę, co wymaga zużycia 30% produkowanej energii. reakcja zachodzi przy pomocy monooksydazy amonowej, zysk 66 kcal/mol nitrobakterie – bakterie II etapu nitryfikacji (utlenianie jonów azotynowych), np. Nitrococcus mobilis, Nitrobacter winogradskyi, Nitrospira marinus.