反硝化，也称脱氮作用，是指细菌将硝酸盐（NO3−）中的氮（N）通过一系列中间产物（NO2−、NO、N2O）还原为氮气（N2）的生物化学过程。参与这一过程的细菌统称为反硝化菌。

反硝化菌在无氧条件下，通过将硝酸盐（NO3−）作为电子受体完成呼吸作用（respiration）以获得能量。这一过程是硝酸盐呼吸（nitrate respiration）的两种途径之一，另一种途径是是硝酸异化还原成铵盐（DNRA）。