Vid kemisk denitrifikation kan nitrat reduceras till kvävgas, N2 eller lustgas, N2O då kemiska ämnen med låg redoxpotential verkar som reduktionsmedel. Dessa ämnen kan vara reducerade metalljoner, t ex järn i pyrit (svavelkis) eller järn bundet i lermineraler. De kemiska denitrifikationsbakterierna använder koldioxid eller bikarbonat som kolkälla och är inte beroende av organiskt material. Deras aktivitet kräver syrefria förhållanden och tillgång till nitrat (Tonderski et al red, 2002). Kemisk reduktion avlägsnar nitratet från det i jorden nedträngande vattnet och returnerar kvävet till luften. Den reaktionen bidrar därmed till att minska läckage av nitrat via grundvattnet. Den kemiska nitratreduktionen sker enligt följande:
5Fe2+ + NO3- + 12H2O » 5Fe(OH)3 + 1/2N2 + 9H+
Olika jordarter reducerar nitrat olika mycket. På lerjordar sker generellt mer kemisk denitrifikation än på sandjordar. När t ex järn är elektrondonator vid reduktion av nitrat så blir det själv oxiderat vilket innebär att jordens reduceringskapacitet minskar efterhand. I ett metertjockt jordlager kan det ta 80-160 år innan alla ämnen som kan reducera nitrat har förbrukats (Landbrugets rådgivningscenter, 1998).