A nitrificação consiste na oxidação do amônio (NH₄⁺) a nitrato (NO₃⁻), onde as bactérias nitrificantes utilizam a amônia como fonte de energia e o dióxido de carbono (CO₂) como fonte de carbono. Este processo ocorre apenas na presença de oxigênio, por ser realizado por bactérias aeróbias. Esta etapa se divide em duas partes, como demonstram as equações químicas a seguir:
Na produção do íon nitrato pelos processos descritos, o número de oxidação do elemento nitrogênio: