Stikstoffixatie is, in de biologie, het chemisch vastleggen door bacteriën van gasvormige distikstof (N2) uit de lucht, in stikstofverbindingen die als voedingsstoffen door planten worden gebruikt. Het element stikstof (N) is in gebonden vorm nodig voor de aanmaak door de plant van biomoleculen, met name van aminozuren (en van daaruit eiwitten) en DNA. Het gas distikstof kan - anders dan koolstofdioxide bij de fotosynthese - niet direct door planten uit de lucht worden opgenomen.
Veel planten, waarvan de vlinderbloemigen (Leguminosae of Fabaceae) de bekendste zijn, leven in symbiose met bacteriën van het geslacht Rhizobium. Deze heterotrofe bodembacteriën komen voor in speciale stikstofwortelknolletjes (rhizobia), waar ze luchtstikstof omzetten in de stikstofverbinding ammonium. De energie die de symbiotische bacteriën voor de aanmaak van ammonium nodig hebben, halen ze uit koolhydraten die de plant, waarmee ze in symbiose leven, hen aanlevert. Ammonium wordt vervolgens door andere soorten, vrijlevende autotrofe bodembacteriën, via nitrificatie verder omgezet in de stikstofverbinding nitraat. Dit nitraat wordt, opgelost in bodemvocht, door de plant via zijn wortels opgenomen.
Bij bomen, zoals bij elzen, vindt stikstofbinding plaats door bacteriën van de soort Frankia alni.