Denitrifikatsioon on nitraadi (NO3-) ja nitriti (NO2-) gaasilisteks oksiidideks redutseerimise protsess, mis toimub mitmes etapis. Protsessi tulemusena tekivad lämmastikoksiid (NO) ja dilämmastikoksiid (N2O), mis võivad hiljem redutseeruda molekulaarseks lämmastikuks (N2). Selles protsessis on elektrondoonoriks orgaaniline aine.
Denitrifikatsiooni viivad läbi denitrifitseerivad bakterid.
Denitrifikatsioon toimub anoksilistes tingimustes, kus on vähe hapnikku, aga piisavalt nitraate. Selline keskkond on mulla teatud horisontides, põhjavees, märgaladel, nafta reservuaarides, aeglase veevahetusega ookeaniosades ja ookeanipõhja settekihtides.