氮是生命活动的基础，大气中含有78%的氮，但无法被植物直接利用，在自然界中植物能直接利用的氮主要是土壤中的微生物固氮。

在绝大多数豆科植物上，根系上常常有许多形状各异，大小不等的瘤状突起物，这就是根瘤。根瘤是土壤中根瘤菌、放线菌和某些线虫侵入植物根部形成的结果，根瘤具有很高效的固氮效果，占生物固氮量的65%以上。

根瘤的形成始于苗期，幼苗期间分泌物吸引分布在根附近的根瘤菌，使其聚集在根毛周围大量繁殖，外层被一层黏液包围，形成感染丝后，根瘤菌产生的分泌物使根毛卷曲、膨胀，并使部分细胞壁溶解，根瘤菌侵入根毛。在根瘤菌的刺激下，根内细胞相应分泌出纤维素等物质包围感染丝，形成具有纤维素鞘的内生管——侵入线。随后，根瘤沿侵入线的进入到幼根的皮层薄壁细胞中，一方面利用皮层养分大量繁殖自身；另一方面根瘤菌的分泌物刺激皮层，导致细胞迅速分裂，增加细胞数目，使得皮层局部膨胀，形成一个个瘤状的突起物，即根瘤。

在根部皮层薄壁细胞大量繁殖的根瘤菌，逐渐转变为具有固氮的拟菌体，这种拟菌体将空气中的氮转变为植物能够吸收的氨；同时该区域周围分化出与根中微管组织相连的输导组织、外围薄壁组织和内皮层。

根瘤是豆科植物与根瘤菌、放线菌共生的产物。在这种共生关系中，根瘤可以从寄宿的植物根部吸取自身所需的水分和矿物盐类等营养物质。同时，根瘤菌则将不能被植物直接利用的氮，在其固有的固氮酶的作用下进行固氮作用，形成可直接吸收的氨，供豆科植物吸收。

在自然界中，除了豆科植物有根瘤外，还有100多种植物，如早熟禾属、看麦娘属、胡颓子属、木麻黄属等植物的根，都可接瘤固氮，与非豆科植物共生的固氮菌多为放线菌类。