Unter Stickstofffixierung versteht man allgemein jegliche Umwandlung des (chemisch inaktiven) elementaren, molekularen Stickstoffs (N2). Sie ist ein wichtiger Teil des Stickstoffkreislaufs.
Daneben bezeichnet man auch die Festlegung des Bodenstickstoffs in der organischen Substanz als Stickstofffixierung. Dieses Phänomen, das bei einem ungünstigen Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (C/N-Verhältnis) in Erscheinung tritt, ist auf den Stickstoffbedarf der abbauenden Mikroorganismen zurückzuführen. Bringt man stickstoffarme Mulchmaterialien wie Sägespäne, Holz- oder Rindenhäcksel aus, lässt sich bei den Kulturpflanzen ein Stickstoffmangel beobachten. Daher kann es von Vorteil sein, solche Materialien vorher zu kompostieren oder einen Stickstoffdünger hinzuzugeben. Mit dem Abbau der organischen Stoffe wird der gebundene Stickstoff langfristig wieder freigesetzt.