Hülsenfrüchte reichern Böden an, indem sie atmosphärischen Stickstoff aus eigener Kraft fixieren.

Landwirte wussten lange vor der modernen Mikrobiologie, dass Erbsen, Bohnen, Klee und verwandte Pflanzen stickstoffarme Böden verbessern können.

Weil dieser Effekt mit der Pflanze auftrat, lag die Annahme nahe, Hülsenfrüchte selbst würden Stickstoff direkt aus der Luft aufnehmen.

Das Problem ist der atmosphärische Stickstoff. Er liegt größtenteils als Stickstoffgas N₂ vor. Obwohl davon sehr viel in der Luft vorhanden ist, sind die beiden Stickstoffatome so fest miteinander verbunden, dass die meisten Pflanzen das Gas nicht direkt nutzen können.

In den 1880er-Jahren zeigten Hermann Hellriegel und Hermann Wilfarth, dass Hülsenfrüchte nur dann zusätzlichen Stickstoff gewannen, wenn sich unter passenden biologischen Bedingungen typische Knöllchen an ihren Wurzeln bildeten. Pflanzen ohne die nötigen Mikroorganismen verloren diesen Vorteil.

Später wurden Bakterien aus diesen Knöllchen isoliert. Die Beziehung ist eine Symbiose, von der beide Partner profitieren.

Die Bakterien, besonders Rhizobien, leben in den Wurzelknöllchen und führen die Stickstofffixierung aus. Ihre Enzyme wandeln Stickstoffgas aus der Luft in chemische Formen um, die schließlich in Pflanzenmoleküle eingebaut werden können. Die Pflanze liefert Zucker als Energiequelle und schafft im Knöllchen eine geschützte Umgebung.

Eine Bohne oder Kleepflanze als „stickstofffixierend“ zu bezeichnen bleibt eine nützliche Kurzform. Im typischen Leguminosen-System wird die eigentliche chemische Stickstofffixierung jedoch von den mikrobiellen Partnern durchgeführt.