O retorno do nitrogênio dos organismos vivos de volta à atmosfera é conseguido através de um processo chamado desnitrificação. A desnitrificação é realizada por certos microrganismos, como bactérias e arquéias, que utilizam nitratos como aceptores de elétrons durante a respiração. Esses microrganismos convertem nitratos em gás nitrogênio, que é liberado na atmosfera.

A desnitrificação normalmente ocorre em ambientes com baixos níveis de oxigênio, como solos alagados, áreas úmidas e pilhas de compostagem. É um processo importante no ciclo do nitrogênio, pois ajuda a manter o equilíbrio do nitrogênio no ecossistema e garante que o nitrogênio esteja disponível para o crescimento das plantas.