反硝化反应使指硝酸氮（NO3-N）和亚硝酸氮（NO2-N）在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程。

反硝化菌是属于异养型兼性厌氧菌的细菌。在厌氧条件下，营厌氧呼吸，以硝酸氮（NO3-N）为电子受体，以有机物（有机碳）为电子供体。在这种条件下，不能释放出更多的ATP,相应合成的细胞物质也较少。

在反硝化反应过程中，硝酸氮通过反硝化菌的代谢活动，可能有两种转化途径，即：同化反硝化（合成），最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分；另一为异化反硝化（分解），最终产物是气态氮。