钒固氮酶，是一种在固氮细菌身上发现的酵素，它是第二种固氮方法，当主要的金属钼固氮酵素无法运作时。 在自然的氮循环中，钒固氮酶是非常重要的构成要素，它将空气中的氮气转换成氨，使原本无法被植物利用的氮气变成有用的。最近美国的学者发现，当一氧化物存在时就会减少钒固氮酶，并产生乙烯、乙烷、丙烷。
钒固氮酶在一些菌属中被发现，例如：和 及 等品种的细菌. 钒固氮酶的最重要功能是和常见的钼固氮酵素相配合，且作为替代的固氮方法，当钼的固氮酵素无法作用时。
钒固氮酶有 α2β2Ύ2 的单位蛋白结构，而钼的固氮酵素则是α2β2 的结构。 虽然在结构的基因经过转译后，只有15%与钼的固氮酵素相同，但两者却有着相同的氧化还原中心。在室温下，钒固氮酶较钼的固氮酵素不活泼， 这是因为它转换更多的H+ 成 H2. 然而，在低温下，钒固氮酶被发现是比钼的固氮酵素还活泼，而且它甚至可以在5℃下的低温下固氮，它在低温下的固氮能力是钼铁酵素的十倍高。不像钼的固氮酵素，少量的联氨、异腈、和乙炔能在接触反应中被转换成乙烯、乙烷、和丙烷。 钒固氮酶痕容易被氧化，所以它只能在无氧的环境下作用并且它有着相当复杂的机制来预防接触到氧气。
钒固氮酶完整的固氮过程，可以用以下的化学式来总结： :
