Les symbioses rhizobiennes associent de nombreuses plantes de la famille des Fabaceae (couramment appelées légumineuses), avec de nombreuses bactéries des genres Rhizobium et Bradyrhizobium. La plante accueille les bactéries dans des structures symbiotiques visibles à l'oeil nu sur le système racinaire, appelées nodules ou nodosités. Dans les nodules, la plante créé un environnement favorable aux bactéries, qui se multiplient et fixent l'azote de manière intensive. Pour cela elle met à disposition des bactéries une grande quantité d'ATP issu de la photosynthèse, et elle maintient dans le nodule un microenvironnement anoxique grâce à ses molécules de leghémoglobine qui fixent l'O2. En effet, la nitrogénase serait détruite en présence d'O2. De cette manière, l'association bénéficie aux 2 symbiotes : les bactéries obtiennent l'accès à une source d'énergie et les plantes récupèrent les composés azotés produits dans les nodules. Lorsque toutes les conditions sont réunies, les légumineuses peuvent couvrir l'intégralité de leurs besoins grâce à la fixation symbiotique. Les légumineuses ont ainsi accès à une source supplémentaire d'azote, et dépendent donc moins que les autres plantes de la disponibilité d'azote inorganique dans le sol.