O nitrogênio é um macronutriente essencial no desenvolvimento das plantas. O ar contém 78% de nitrogênio na forma de moléculas de gaz N2, extremamente estável. Um composto é estável quando precisa de muita energia para degradar ele. Essa dissociação da molécula N2 não pode ser feita pelas plantas. Somente as bactérias com a ajuda de enzimas são capaz de quebrar a molécula e recombinar o atome de nitrogênio para obter compostos utilizáveis na nutrição dos organismos, por exemplo amônio, nitrate, aminoácidos. Estas bactérias são fixadores do nitrogênio e vivem no solo.

Quando uma raiz de leguminosa se aproxima desse tipo de bactéria tem uma sinalização recíproca e a planta, se falta de nitrogênio, vai começar a construção de um envelope ao redor das bactérias de maneira a proteger, alimentar, e propagar essas bactérias. A planta fornece açúcares, as bactérias fornecem compostos nitrogenados. A envelope deixa passar o nitrogênio do ar e previne o oxigênio entrar. A reação é anaerobica.

Essa capacidade de produzir grande quantidade de nitrogênio diretamente utilizável pela planta da uma grande força as leguminosas que podem crescer em solos pobres. As leguminosas são muito utilizadas na agricultura (feijão, soja, inga, gliricídia, acácia mangium,…).

Atenção: é necessário de combinar leguminosas com outro tipo de plantas para evitar um excesso de nitrogênio no solo o que pode criar uma inflação de bactérias com degradação acelerada do húmus , então uma perda de carbono no solo e de fertilidade no longo prazo.

Quando o solo contem ja uma quantidade suficiente de nitrogênio as leguminosas não vao desenvolver essa simbiose.

As bactérias fixadoras existem ja no solo e se acham no interior dos agregados constituídos pela vida do solo. Lá, a estrutura mantida por colas orgânicas cria um ambiente anaerobico no interior (onde vivem essas bactérias) e aeróbico na periferia, onde vivem bactérias aeróbicas. Esses aglomerados sao uma construção feita pelas bactérias e principalmente os fungos que produzem a glomaline, uma cola que pode resistir a lixiviação e da estabilidade a terra.

Esse tipo de habitat cria compostos nitrogenados organicos mais equilibrados para o solo. Nesse caso nao desequilibra a relação C/N e fornece nutrientes ideais para as plantas.

A produção de nitrogênio feita pelas leguminosas é utilizada em grande parte pela propria planta. Grande parte do nitrogênio vai migrar nas sementes para segurar a faze de reprodução. É a razão da quantidade importante de proteínas no feijão. Quando agricultores querem adubar o solo em nitrogênio utilizando leguminosas eles vão cortar as plantas antes da floração para guardar o nitrogênio no solo. Pode ter mais nitrogênio dentro dos resíduos de milho que de leguminosas se a produção e a coleta de sementes é feita. A outra maneira de alimentar o solo com o nitrogênio da rizosfera é a poda. Nesse caso a planta perde parte da rizosfera para se re-equilibrar e alguns ramos se degradam, inclusive as vesículas cheias de nitrogênio.

Alem disso no caso do sistema agroflorestal que incorpora grande quantidade de carbono no solo, a presencia de leguminosas não desequilibra o sistema e fornece energia a vegetação. Estudos mostram que leguminosas favorece o desenvolvimento das micorrizas, organismos essências no ecossistema do solo.