Изучение почвенных микроорганизмов и выделение в чистую культуру микроорганизмов — возбудителей процессов нитрификации, окисления серы, железа, разложения пектиновых веществ и других в 70—80-х годах обусловило новый подход к изучению явления обогащения почвы азотом при культуре бобовых растений, и в 1888 г. Гельригель, опираясь на открытие клубеньковых бактерий в клубеньках, сделанное Ворониным, впервые формулирует микробиологическую теорию фиксации атмосферного азота, обосновывающую необходимость наличия микроорганизмов в клубеньках бобовых растений для осуществления процесса усвоения азота атмосферы бобовыми растениями.

Вокруг выдвинутой теории получили объяснение все гипотезы и исследования домикробиологического периода. Она явилась стержнем, определившим весь дальнейший путь изучения фиксации молекулярного азота.

Сосредоточение внимания исследователей на новом аспекте проблемы — возможности выделения азотфиксирующих микроорганизмов позволило уяснить природу ряда явлений и обусловило значительное число аналогичных находок. В короткий промежуток времени с 1888 по 1901 г. были выделены в чистой культуре клубеньковые бактерии (Бейеринк, 1888), анаэробный азотфиксатор Clostridium pasteurianum (Виноградский, 1893) и аэробный фиксатор азота азотобактер (Бейеринк, 1901). Это неопровержимо подтверждало выводы Гельригеля об участии микроорганизмов в фиксации атмосферного азота и, по существу, не было большой неожиданностью, так как явилось лишь как бы новым убедительным подтверждением постепенно накапливаемых фактов.