Гетеротрофы для своего развития нуждаются в энергии (АТФ), которая выделяется при окислении органического вещества, когда О2 — наиболее обычный акцептор электронов.
Существуют, однако, организмы, способные при недостатке О2 использовать и другие химические соединения — акцепторы электронов. Окисление органического вещества, происходящее благодаря им, носит название «анаэробного дыхания». Таким акцептором могут служить нитраты NO3—, переходящие в восстановленные формы азота NO2-, N2O или N2. Процесс восстановления окисленных форм азота до аммиака, или до молекулярного азота в относительно анаэробных условиях называется денитрификацией.
Наряду с прямой (биологической) денитрификацией существует косвенная (химическая). Реакция восстановления нитратов до свободного азота.
Истинные денитрификаторы, относящиеся к родам Pseudomonas,. Achromobacter, Bacillus, Micrococcus, — все анаэробы и используют нитраты только в отсутствие O2 при большом количестве легкодоступного органического вещества, выделяя фермент нитратредуктазу.
Восстанавливают нитраты до газообразного азота и некоторые автотрофные бактерии — Thiobacillus denitrificans, а также фототрофные — Rhodopseudomonas sphaeroides f. denitrificans. В прямой денитрификации выделяют два типа процессов: диссимиляторный (описанный више); ассимиляторный, осуществляемый многими растениями и микроорганизмами с восстановлением нитратов до аммиака, который служит источником азота для построения клеточных веществ.
В результате диссимиляторной денитрификации азот переходит в атомарный и улетучивается из почв и водоемов, снова возвращаясь в атмосферу, откуда он был поглощен азотфиксаторами. Условия, при которых протекает денитрификация: щелочная среда pH 8,2—2,7; наличие органического вещества, нитратов; плохая аэрация; достаточное увлажнение в естественных условиях — характерны для заболоченных и болотных почв, водоемов с застойными эвтрофизированными водами. В целом этот процесс для природы имеет большое значение, он способствует возврату азота в атмосферу. По П. Дювиньо и М. Тангу (1968), денитрификаторы разлагают до 20% общего азота; в среднем ежегодно улетучивается до 50—60 кг азота с 1 га.