在与植物共生的情况下才能固氮或才能有效地固氮，固氮产物氨可直接为共生体提供氮源。
共生固氮效率比自生固氮体系高数十倍。主要有根瘤菌属（Rhizobium）的细菌与
豆科共生形成的根瘤共生体，弗氏菌属（Frankia）与非豆科植物共生形成的根瘤共生体；某些
蓝菌门与植物共生形成的共生体，如
念珠藻或鱼腥藻与裸子植物
苏铁共生形成苏铁共生体，红萍与鱼腥藻形成的红萍共生体等。在实验条件下培养
自生固氮菌，培养基中只需加入碳源（如
蔗糖、
葡萄糖）和少量
无机盐，不需加入氮源，固氮菌可直接利用空气中的氮（N2）作为氮素营养；如培养
根瘤菌，则需加入氮素营养，因为根瘤菌等共生固氮菌，只有与相应的植物共生时，才能利用分子态氮（N2）进行
固氮作用。