根瘤菌(root nodule bacteria)是與豆科植物共生，形成根瘤並固定空氣中的氮氣供植物營養的一類桿狀細菌。這種共生體系具有很強的固氮能力。已知全世界豆科植物近兩萬種。根瘤菌是通過豆科植物根毛、側根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入線，進到根的皮層，刺激宿主皮層細胞分裂，形成根瘤，根瘤菌從侵入線進到根瘤細胞，繼續繁殖，根瘤中含有根瘤菌的細胞群構成含菌組織。根瘤菌進入這些宿主細胞後被一層膜套包圍，有些菌在膜套內能繼續繁殖，大量增加根瘤內的根瘤菌數，以後停止增殖，成為成熟的類菌體；宿主細胞與根瘤菌共同合成豆血紅蛋白，分佈在膜套內外，作為氧的載體，調節膜套內外的氧量。類菌體執行固氮功能，將分子氮還原成NH3，分泌至根瘤細胞內，併合成酰胺類或酰尿類化合物，輸出根瘤，由根的傳導組織運輸至宿主地上部分供利用。與宿主的共生關係是宿主為根瘤菌提供良好的居住環境、碳源和能源以及其他必需營養，而根瘤菌則為宿主提供氮素營養。
　　大豆、花生等屬於豆科植物。它們的根瘤中，有能固氮的根瘤菌與之共生。根瘤菌將空氣中的氮轉化為植物能吸收的含氮物質，如氨，而植物為根瘤菌提供有機物。
　　根瘤菌的代謝類型為異養需氧型。
　　豆科植物幼苗期間的分泌物吸引了分佈在其根附近的根瘤菌，使其聚集在根毛周圍大量繁殖，隨後，根瘤菌產生的分泌物使根毛捲曲、膨脹，並使部分細胞壁溶解，根瘤菌由壁被溶解處侵入根毛，在根毛中滋生，聚集成帶，外被粘液和根細胞分泌的纖維素，形成侵入線。侵入線為管狀結構，根瘤菌沿其侵入根的皮層並迅速在該處繁殖，皮層細胞受刺激亦迅速分裂，致使根部形成局部突起，即成根瘤。根瘤菌居於根瘤中央的薄壁細胞內，逐漸破壞其核與細胞質，本身轉變為擬菌體；同時該區域周圍分化出與根維管束相連的輸導組織、外圍薄壁組織鞘和內皮層。擬菌體通過輸導組織從皮層細胞吸收碳水化合物、礦物鹽類和水進行繁殖，同時進行固氮作用。同時由於根瘤的脫落、殘留以及一部分分泌到土壤中的氮，可以增加土壤肥力。生產上用豆科植物與其他作物間作、輪作，就是利用根瘤菌的固氮作用。
　　根瘤菌可以將大氣中的無機氮轉化為有機氮，但是它從植物體內獲取營養，在生態系統中為消費者。
　　根瘤菌固氮的化學反應方程式為: 2N2+3C+6H2O→4NH3+3CO2