光合成細菌は大自然界において炭素、窒素、硫黄、水素の循環に大きな役割を果たしています。
光合成細菌は自然界において窒素循環の2大要素である窒素固定と脱窒作用の機能を持ち 窒素バランスの保持に大きく関与し、植物と共存関係において次の役割を担います。
一般に植物は硝酸態窒素を吸収します。 窒素肥料(無機態窒素)や有機態窒素は硝化作用により硝酸態窒素に変化した後、 植物根が直ちに硝酸態窒素を窒素源として吸収します。
植物にとって過剰となった窒素を資化(餌、取り込み)し、脱窒作用として亜酸化窒素 (N2O)、窒素ガス( N2)を大気に放出します。
大気中の窒素を取り込んでアンモニア態窒素、アミノ酸、蛋白質として窒素を固定します。
以上の作用を循環し自然界の窒素バランスを保持する役割を果たします。
又、光合成細菌は各作用の有用菌と共存することにより一層効果を増大させる特徴も持っています。