(1)有机物分解与合成。
前已提到动植物遗体等有机物进入土壤后会分解为简单无机物质，提供活的生物继续生长所需能源与养分，使自然生态系统生生不息，此种分解作用，全赖土壤微生物进行。进行有机物质分解对微生物而言，有两个目的：一是为了获得生长所需的能源，二是为了夺取合成新细胞所需的碳氮物质。微生物利用其体内酵素，将各种不同大分子有机物质分解为单体，再将各种单体进一步分解成为简单无机物质如二氧化碳、氨、水等，在缺氧状态下则产生一氧化碳、甲烷，硫化氢等气体，因此动植物体内氮、磷、钾、硫、镁、钙等均可经分解而被释放到土壤中成为无机态，重新提供给生态系统利用。由于生态系统利用这些无机态物质，
于是有机物又再被合成，此种合成作用主要依赖土壤微生物进行，因此土壤微生物在土壤中的重要作用之一即为有机物分解与合成。
(2)固氨作用与脱氮作用。
氮素为空气主要成分之一，占空气组成的80%左右，氮素亦为植物营养要素及微生物或其他生物组成物质（包括氨基酸、蛋白质、酵素、核酸等）的主要元素，空气中丰富的氮素却不能为一般生物所利用，但土壤中固氮细菌可以吸收空气中氮素，转化为氮素化合物，供给植物使用，亦可促进微生物生长而组成各种生物体内有机物。固氮细菌依其生态不同可分为两种作用,1.共生固氮作用。例如根瘤细菌与苴科植物之共生关系，根瘤细菌生于荳科植物根部，能利用荳科植物所提供的能源固定空气中的氮素供本身及所生的荳科植物，而荳科植物氮素养分除根瘤菌供给外亦可利用土壤中有效氮素，使荳科植物获得充足氮素。2.非共生固氮作用。例如好气性固氮菌及嫌气性梭菌等能独立地在土壤中生存并固定空气中的氮素，无须依附生于他种生物，但固定氮素效率很低。其他多种异营细菌、自营细菌及某种蓝绿藻均被发现有固氮能力。固氮作用化学变化系当微生物接触空气中氮气后，在细胞内很快被同化作用还原生成氨，再经由氨基酸生成而合成蛋白质
