Oxidace amoniaku je prvním krokem nitrifikace, při níž čpavek (NH₃ organického původu) je oxidován na dusičnanové ionty. Nitrifikace probíhá na pevnině i v oceánech a má zásadní význam pro globální cyklus dusíku. Proces je prováděn nejen bakteriemi, nýbrž i řadou archebakterií z podříše Crenarchaeota, jež obsahují gen pro ammonium-monooxygenázu (AMO). AMO přeměňuje amoniak na hydroxylamin NH2OH, který je přeměňován některými mikroorganismy na dusitanové ionty (protein katalyzující tuto přeměnu dosud nebyl nalezen v archebakteriích). Další určité bakterie dokončují nitrifikaci přeměnou dusitanových na dusičnanové ionty. Tyto ionty jsou pak buď asimilovány do organického materiálu nebo jsou denitrifikovány dalšími mikroorganismy za tvorby dusíku, který se uvolňuje do atmosféry. Bakterie zahrnuté do skupiny Annamox jsou též schopny přeměnit amoniak a dusitanové anionty na dusík. Dusík je pak většinou fixován specifickými bakteriemi za tvorby amoniaku. Ten pak může být inkorporován do organického materiálu nebo dále oxidován. Je zajímavé, že archebakteerie oxidující amoniak se hojně vyskytují v severním Atlantiku, ale nikoli v hloubkách rovníkových moří.