Processo de redução microbiana pelo qual o nitrato (N-NO₃) é reduzido e devolvido à atmosfera na forma de óxidos de nitrogênio (NO, N₂O) ou como nitrogênio molecular (N₂).

O processo é mediado por uma série de bactérias anaeróbias facultativas de solo, embora alguns fungos também estejam envolvidos, mas em uma proporção muito menor. As bactérias mais importantes envolvidas no processo são Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans e algumas espécies de Serratia, Pseudomonas e Achromobacter. As bactérias usam moléculas de nitrato como receptoras de elétrons para sua própria respiração anaeróbica substituindo o oxigênio, e as reduzem. A reação química envolvida é:
NO₃ → NO₂ → NO → N₂O → N₂

A denitrificação no solo é maior quanto maior a disponibilidade de nitratos e matéria orgânica, bem como maior a temperatura, umidade e valor do pH (até que os valores-limite para as bactérias envolvidas sejam excedidos). Uma textura argilosa a favorece em comparação com uma textura arenosa, bem como valores de pH neutros ou ligeiramente básicos frente a valores ácidos; a adição de fertilizantes e pesticidas ou metais pesados inibem sua ação.

A dependência desses fatores significa que a atividade denitrificante não é um valor constante e que sua atividade varia mesmo sazonalmente. Além disso, os valores obtidos são reflexo das atividades de diversos tipos de desidrogenases, que são parte fundamental do sistema enzimático de todos os microrganismos vivos no solo, como o metabolismo respiratório, o ciclo do citrato e o metabolismo do nitrogênio.