Kväve kommer från organismer tillbaka till atmosfären genom en process som kallas denitrifikation. Denitrifiering utförs av bakterier som lever i aeroba eller anaeroba miljöer. Denitrifikation omvandlar nitrat (NO3-) och nitrit (NO2-), till kvävgas (N2). Denna process är det sista steget i kvävets kretslopp, och den återför kväve till atmosfären.

Denitrifikationsprocessen kan beskrivas med följande kemiska ekvation:

2 NO3- + 10 e- + 12 H+ → N2 + 6 H2O

I denna ekvation reduceras nitrat (NO3-) (får elektroner) för att bilda kvävgas (N2). Elektronerna som behövs för denna reaktion erhålls vanligtvis från organiskt material, som bryts ned av bakterier.

Denitrifikation är en mycket viktig process i kvävets kretslopp eftersom det hjälper till att reglera mängden kväve som är tillgängligt för växter och andra organismer. Denitrifiering bidrar också till att minska mängden nitratföroreningar som kan komma in i vattendrag och orsaka problem för akvatiska ekosystem.