硝化菌属自养型细菌，是亚硝化细菌和硝化细菌的统称。亚硝化细菌主要是将氨氮转化为亚硝酸根，硝化细菌则负责将亚硝酸根转化为硝酸根。

亚硝酸细菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸。反应式：
2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。
硝酸细菌（又称亚硝酸氧化菌），将亚硝酸氧化成硝酸。反应式：
HNO2 + 1/2 O2= HNO3, -⊿G= 18 kcal。

这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在10小时以上。