从形态上看，有如球形、螺旋形、杆状等，但均为无芽孢的革兰氏阴性菌；有些如亚硝化叶菌，可以借周身鞭毛能运动；有些如硝化刺菌，无鞭毛不能运动。

一般分布于土壤、淡水、海水中，硝化细菌是自养型有氧细菌，能通过分解氨氮水体等毒素来获取二氧化碳等无机物能量，在开缸的时候添加硝化细菌，在日常的水质维护中起到不可或缺的作用。但因为水族箱体积较小，无法像大自然内部自我调节来保持稳定，很可能因为一些变化产生较大的影响。
比如偶尔喂食量变大，或者突然增加了几条鱼，都会产生波动，如果这个波动超出了硝化系统的承受能力，水质急剧恶化，细菌大量死亡，又进一步削弱了硝化系统的能力，恶性循环下造成鱼缸内的硝化系统崩溃。