在與植物共生的情況下才能固氮或才能有效地固氮，固氮產物氨可直接為共生體提供氮源。主要有根瘤菌屬（Rhizobium）的細菌與豆科植物共生形成的根瘤共生體，弗氏菌屬（Frankia,一種放線菌）與非豆科植物共生形成的根瘤共生體；某些藍細菌與植物共生形成的共生體，如念珠藻或魚腥藻與裸子植物蘇鐵共生形成蘇鐵共生體，紅萍與魚腥藻形成的紅萍共生體等。根瘤菌生活在土壤中，以動植物殘體為養料，過著“腐生生活”。當土壤中有相應的豆科植物生長時，根瘤菌迅速向它根部靠攏，從根毛彎曲處進入根部。豆科植物根部在根瘤菌的刺激下迅速分裂膨大，形成“瘤子”，為根瘤菌提供了理想的活動場所，還供應了豐富的養料，讓根瘤菌生長繁殖。根瘤菌又會賣力的從空氣中吸收氮氣，為豆科植物制作“氮餐”，使其枝繁葉茂。這樣，根瘤菌與豆科植物形成共生關系，因此根瘤菌也被稱為共生固氮菌。根瘤菌生產出來的氮肥不僅滿足豆科植物的需要，還可以分出一些幫助“遠親近鄰”，儲存一部分給“晚輩”，所以我國歷來有種豆肥田的習慣。