De terugkeer van stikstof uit levende organismen naar de atmosfeer wordt bereikt via een proces dat denitrificatie wordt genoemd. Denitrificatie wordt uitgevoerd door bepaalde micro-organismen, zoals bacteriën en archaea, die nitraten gebruiken als elektronenacceptor tijdens de ademhaling. Deze micro-organismen zetten nitraten om in stikstofgas, dat vrijkomt in de atmosfeer.

Denitrificatie vindt doorgaans plaats in omgevingen met een laag zuurstofgehalte, zoals drassige bodems, wetlands en composthopen. Het is een belangrijk proces in de stikstofcyclus, omdat het helpt de stikstofbalans in het ecosysteem in stand te houden en ervoor zorgt dat stikstof beschikbaar is voor plantengroei.