El nitrógeno regresa de los organismos a la atmósfera mediante un proceso llamado desnitrificación. La desnitrificación la realizan bacterias que viven en ambientes aeróbicos o anaeróbicos. La desnitrificación convierte el nitrato (NO3-) y el nitrito (NO2-) en gas nitrógeno (N2). Este proceso es el paso final del ciclo del nitrógeno y devuelve nitrógeno a la atmósfera.

El proceso de desnitrificación se puede describir mediante la siguiente ecuación química:

2 NO3- + 10 e- + 12 H+ → N2 + 6 H2O

En esta ecuación, el nitrato (NO3-) se reduce (gana electrones) para formar gas nitrógeno (N2). Los electrones necesarios para esta reacción generalmente se obtienen de la materia orgánica, que las bacterias descomponen.

La desnitrificación es un proceso muy importante en el ciclo del nitrógeno porque ayuda a regular la cantidad de nitrógeno disponible para las plantas y otros organismos. La desnitrificación también ayuda a reducir la cantidad de contaminación por nitratos que puede ingresar a las vías fluviales y causar problemas a los ecosistemas acuáticos.