Laut
Sinar hanya dapat menembus permukaan laut di atas 200 m, sehingga tumbuhan hanya dapat tumbuh di bagian ini. Bagian permukaan seringkali kekurangan komponen-komponen nitrogen yang aktif secara biologis. Siklus nitrogen di laut terdiri dari proses transformasi mikrobial yang meliputi pengikatan nitrogen, asimilasi nitrogen, nitrifikasi, anamoks, dan denitrifikasi. Beberapa proses tersebut terjadi di laut dalam, sehingga pertumbuhan tumbuhan lebih besar di daerah yang mengalami pembalikan massa air, dan juga di daerah dekat muara yang mengandung nutrien yang terbawa dari daratan. Maka dari itu, wilayah yang paling produktif, kaya akan plankton, dan juga kaya akan ikan umumnya terletak di daerah pesisir.
Pengikatan nitrogen
Cyanobacteria mendiami hampir di setiap tempat yang terpapar cahaya matahari dan berperan penting dalam siklus nitrogen dan karbon biosfer. Secara umum, cyanobacteria mampu memanfaatkan berbagai sumber nitrogen organik dan organik seperti nitrat, nitrit, amonia, urea, dan berbagai asam amino. Beberapa jenis cyanobacteria juga dapat hidup secara diazotrof, sebuah kemampuan yang mungkin dimiliki oleh pendahulu archaea mereka. Pengikatan nitrogen oleh cyanobacteria di terumbu karang dapat terjadi pada laju dua kali lebih cepat dibandingkan pengikatan nitrogen di daratan, sekitar 1.8 kg nitrogen per hektare per hari. "Trichodesmium" yang membentuk koloni cyanobacteria di lautan diperkirakan melakukan setengah proses pengikatan nitrogen di lautan pada skala global.