2000年，就有硝化作用古菌的报道，后来有研究者发现了具有这种功能的几个新种及其更高的分类单元。但由于这些新的分类单元有的数据有限，按《国际细菌命名法规》的规则将这类分离株归入暂定名称（candidatus）。随之，有相关分类单元名称虽正式发表，但未合格化，所以未被国际认可。2005年，M.科内克等在《自然》（Nature）期刊上发表了一种具有氨氧化功能的古菌，即氨氧化古菌。2014年，M.施蒂格迈尔等建立硝化古菌新属、新种，即亚硝化古球菌属（Nitrososphaera），维也纳亚硝化古球菌（N.viennensis）。同时他们也建立了高级的新分类单元，即亚硝化古球菌科（Nitrososphaeraceae）、亚硝化古球菌目（Nitrososphaerales）等。[2]
硝化细菌属于好氧化自养型细菌群，根据利用的无机氮化物，硝化细菌可分为氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌，前者将氨氮氧化成亚硝态氮，后者将亚硝态氮氧化成硝态氮。[3]
氨氧化细菌
所有氨氧化细菌都为专性好氧菌、革兰阴性菌，在低氧压下能生长。通过化能无机营养，氧化NH3-N为NO2--N，从中获得能量供给合成细胞和固定CO2。温度范围为5～30℃，最适温度为25～30℃；pH值范围为5.8～8.5时，最适pH值为7.5～8.0。高的光强度和高氧浓度都会抑制该类细菌的生长。[3]
亚硝酸盐氧化细菌
亚硝酸盐氧化细菌为革兰阴性菌，多数在pH7.5～8.0、温度25～30℃、亚硝酸浓度2～30mmol/L条件下化能无机营养生长最佳，世代时间8h至数天。其包含硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化球菌属和硝化螺菌属。硝化杆菌属兼具化能无机与有机营养能力，无机营养生长更快，且NO2-氧化能量仅2%～11%用于细胞生长。硝化螺菌属无机营养世代时间达90h，混合营养缩短至23h。尽管硝化杆菌属曾被广泛应用，但16S rRNA探针研究证实，硝化螺菌属才是废水处理中亚硝态氮氧化的优势菌种。[3]