A nirificação consiste em dois processos. Na primeira fase, nitritação, as bactérias Nitrosomonas sp. e Nitrosospira oxidam o amônio (NH4+) a nitrito (NO2–), que é o substrato usado pelas bactérias Nitrobacter sp. e Nitrospira e, na segunda fase, nitratação, para transformar o NO2– a nitrato (NO3–).
As reações que ocorrem são:
2NH4+ + 3O2 → 2NO2– + 2H2O + 4H+ + enerxía
2NO2– + O2 → 2 NO3– + enerxía
Em ambas as etapas é produzida energia destinada à síntese da ATP. O nitrito, NO2–, raramente se acumula no solo em concentrações significativas e, dada a sua fitotoxicidade, é altamente desejável que seja assim.
O N-NO3 formado, sendo um ânion solúvel, é muito móvel no solo e, sendo negativamente carregado, não pode ser adsorvido por minerais de argila, o que torna possível que seja perdido por percolação e passe às águas de drenagem, com possíveis efeitos ambientais indesejados (eutrofização).