No reino animal todos os organismos têm necessidade de excretar substâncias que, por assim dizer, já não lhes fazem falta. A gama de estratégias de excreção, vai desde a simples difusão até a formação de estruturas complexas, como o rim. Os peixes excretam amónia devido ao facto de terem muita água à disposição, no meio aquático, na qual podem diluir esta excreção tóxica. No seu ecossistema, os peixes vêem-se perante o problema do acumular de amónia, que pode levar a água a ficar tóxica. Este potencial tóxico das excreções dos peixes é anulado por bactérias que metabolizam o azoto de diversas formas, evitando que o seu acumular atinja níveis de toxicidade que podem matar os peixes. Ao ciclo protagonizado por estas bactérias na transformação dos componentes nitrogenados (amoníaco NH3, nitritos NO2- e nitratos NO3-) chama-se Ciclo do Azoto.

Sendo assim, quando estamos a pensar montar um aquário, temos de ter em consideração que estamos perante um ecossistema muito mais pequeno do que aqueles em que os peixes vivem no seu habitat natural, e que isso pode levar a que a amónia se concentre mais depressa, aumentando a toxicidade da água dos nossos aquários. Então, para que a amónia seja metabolizada como na natureza, temos de criar condições para que cresça uma comunidade de bactérias que possam realizar o ciclo em conjunto com algas, plantas e peixes, estabelecendo um equilíbrio relativo, onde todos possam co-existir.

O ciclo possui três fases: amonização, nitrificação e assimilação. Sendo a nitrificação composta por duas fases: nitritação e nitratação.
A amonização é realizada tanto por bactérias de vida livre (ex. Azotobacter) como por bactérias simbióticas (ex. Rhizobium), e consiste na conversão do azoto livre (N2) em amoníaco (NH3), que na água se converte em NH4+ (ião amónio). Alguns fungos também podem fazer amonização, como estes dois exemplos de bactérias amonizantes. O processo de amonização não é muito relevante num aquário em funcionamento, já com peixes, visto estes excretarem amoníaco, que é o produto final da amonização, sendo assim, as excreções dos peixes entram directamente para o próximo passo do ciclo.
A etapa seguinte é a nitritação, conversão da amoníaco em nitritos (NO2-), realizada por bactérias nitrificantes, tais como as Nitrosomas. Após a nitritação, só falta a conversão dos nitritos em nitratos (NO3-). A este processo dá-se o nome de nitratação e é realizado pelas Nitrobacter. Depois da formação dos nitratos compete às plantas completarem o ciclo com o seu consumo de nitratos, para produção dos seus aminoácidos. No entanto, à excepção de aquários densamente plantados, enquanto por acção das bactérias os níveis de amoníaco e nitritos são praticamente nulos, os níveis de nitratos crescem constantemente. Para que os níveis de nitratos não se tornem tóxicos para os peixes é portanto fundamental proceder a trocas parciais de água (TPA) que irão compensar as plantas na assimilação dos nitratos.
Finalmente, o ciclo retorna à nitrificação, através das suas excreções e/ou com a morte dos seres vivos. Os organismos decompositores (fungos e bactérias), da matéria orgânica morta, libertam amoníaco, e o ciclo continua. Existe, ainda, algumas bactérias, como algumas Pseudomonas, que são capazes de fazer desnitrificação (passar de nitrato a azoto livre).

O pH e a temperatura são dois factores que influenciam este ciclo. Existe um intervalo óptimo de actuação das enzimas tanto a nível do pH como da temperatura. Os níveis elevados de pH fazem com que o amoníaco tenha maior dificuldade em associar-se com a água e formar o ião amónio, que é menos tóxico que o amoníaco.

Quando montamos um aquário, poucas bactérias do Ciclo do Azoto se encontram presentes no ecossistema e é, portanto, necessário criar condições para que estas se reproduzam e possam completar o ciclo. Normalmente, isto é proporcionado pela disposição de materiais no filtro (cerâmicas porosa, esponjas, etc) onde uma boa colónia se possa alojar. No início de vida do aquário, devido ao reduzido número de bactérias presentes, começa-se a acumular amoníaco, proveniente da amonização. Este aumento da concentração de amoníaco cria condições favoráveis ao surgimento de bactérias nitrificantes, que começam a transformar o amoníaco em nitritos originando, seguidamente, a diminuição do amoníaco no aquário e um crescimento repentino dos nitritos. Só quando as bactérias de nitratação entram em acção, e começam a transformar os nitritos em nitratos, é que o aquário está pronto para a introdução dos peixes. Muitas vezes para acelerarmos o ciclo introduzimos no aquário um ou outro peixe mais resistente ou introduzimos bactérias que se podem comprar nas lojas de aquariofilia.

No gráfico abaixo pode ver-se como evolui a concentração dos compostos nitrogenados num aquário recém-montado.

Gráfico representativo da concentração de N (Azoto total), NH3 (amónia), NO2- (nitritos) e NO3- (nitratos) em mg/l pelo número de dias decorridos desde a montagem hipotética de um aquário.

Para se manter um aquário estável será necessário controlar os níveis dos compostos nitrogenados. Quando estamos a utilizar um teste de amoníaco e o resultado é negativo (ou seja não há vestígios de amoníaco), então podemos concluir que o ciclo se está a realizar. Caso exista registo de amoníaco significa que há um problema com a colónia de bactérias nitrificantes, que não estão a converter a amónia em nitritos. As causas mais comuns que induzem a lise (rebentamento) das bactérias, e que leva à subida nos valores de amoníaco, são: o cloro das nossas torneiras que é introduzido no aquário através das TPA, a introdução de medicamentos no aquário que matam bactérias e a limpeza de filtros de forma menos cuidada (por exemplo, materiais utilizados na limpeza doméstica, água fria, água com cloro). Nesta situação, estamos perante uma situação grave. Um acidente destes é facilmente detectável pelo aparecimento de água esbranquiçada.
No caso de ser os níveis de nitritos (teste de nitritos) que estejam altos, é um problema com as bactérias nitrificantes que convertem nitritos em nitratos. Embora os nitritos sejam menos tóxicos que o amoníaco, não deixam de ser tóxicos, pelo que não devem também existir em concentrações maiores que 0,1 mg/l em testes. Em ambos os últimos dois casos (amoníaco ou nitritos elevados), boas TPAs diárias ajudam a atenuar o problema, juntamente com a introdução de bactérias vivas.
Os nitratos, geralmente, estão sempre presentes em concentrações baixas, mas estes já são muito menos tóxicos que o amoníaco e os nitritos. Estando o ciclo a funcionar correctamente, os valores de nitratos nunca estão a zero. A sua concentração deve, ainda assim, ser baixa, e para tal realizamos mudas de água, pois embora as plantas e algas os consumam, há geralmente um excedente de nitratos nos aquários.

Sem estas bactérias nos nossos aquários que possibilitam a realização do ciclo não poderíamos ter nem os peixes nem as plantas. As plantas porque teriam carência de um dos seus macronutrientes - o Azoto. E os peixes porque morreriam intoxicados nas suas próprias excreções (NH3).