固氮菌屬屬於好氧或兼性厭氧非發酵革蘭氏陰性杆菌。
大的橢圓細胞，直徑為1.5～2.0μm，從杆狀到類球狀的多形態。單個、成對或不規則的堆狀，有時有長度不等的鏈狀。不形成芽孢，但有胞囊。革蘭氏染色陰性。以周生鞭毛運動或不運動。好氧但能在低氧壓下生長。所有種的一些菌株產生水溶性和非水溶性色素。化能異養菌。能利用糖、醇和有機酸及其鹽類。固氮；每消耗lg碳水化合物（通常葡萄糖）至少可非共生固氮10mg。鉬為固氮作用的必需因子，但可被釩部分代替，不解朊。可利用硝酸鹽和氨鹽（一個種除外）和一些氨基酸作為氮源，接觸酶陽性。在有結合氮時，最適pH4.8～8.5；生長和固氮的最適pH7.0～7.5.出現在土壤和水；一個種與植物根有關。該屬有6個種，它們的鑒定表特征列於表4-7，在好氧條件下可固氮的屬包括固氮菌屬、拜葉林克氏菌屬、氮單胞菌屬和德克斯菌屬，它們的鑒別特征列於表4-8.
