硝酸化成細菌ともいわれる。これにはアンモニウムイオンを亜硝酸イオンに酸化するアンモニア酸化細菌(亜硝酸菌)と、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する亜硝酸酸化細菌(硝酸菌)がある。両細菌ともそれぞれのイオンを酸化して得られるエネルギーを利用して、炭酸同化作用を行って有機物を合成する化学合成独立栄養菌である。
亜硝酸菌にはニトロソモナス属(Nitrosomonas)の細菌、硝酸菌にはニトロバクター属(Nitrobacter)の細菌が代表である。両細菌とも好気性菌で、土壌や淡水、海水中に広く生息して窒素の循環に重要な役割をもっている。