Ponieważ wiele odmian nitrogenazy jest unieczynniane przez tlen, często są anaerobami obligatoryjnymi (Clostridium) lub fakultatywnymi (pałeczka zapalenia płuc). Niektóre są zdolne do wiązania azotu tylko przy niskim stężeniu tlenu (Azospirillum). W przypadku kolonijnych sinic, np. anabeny, niektóre komórki mogą się specjalizować w fotosyntetyzowaniu (z wytwarzaniem dużej ilości tlenu), podczas gdy inne (heterocysty) tworzą nieprzepuszczalne dla tlenu otoczki, zachowując beztlenowe warunki dogodne dla nitrogenazy. Również inne aerobiczne bakterie, np. Azotobacter wytwarzają mechanizmy chroniące nitrogenazę przed ekspozycją na tlen. Oprócz różnic w wykorzystywaniu tlenu i zdolności do fotosyntezy, mikroorganizmy diazotroficzne mogą przyjmować także różne inne strategie metaboliczne. Przykładowo, bakterie z rodzaju Azospirillum mogą wykorzystywać azotany nie tylko jako źródło azotu do biosyntezy (oprócz azotu atmosferycznego), ale też jako utleniacza w oddychaniu beztlenowym, są więc jednocześnie bakteriami denitryfikacyjnymi. Te strategie metaboliczne są od siebie niezależne i nie występują u wszystkich gatunków.