催化谷氨酸和铵离子合成谷氨酰胺反应的酶。这一反应消耗腺苷三磷酸，并要求镁或锰离子参与。谷氨酰胺可进一步作为氨的供体，通过谷氨酸合成酶的作用，与α-酮戊二酸反应生成谷氨酸。这是高等植物中无机氮转变为有机氮的一条主要途径。谷氨酰胺又是植物贮存氮素的一个重要形式。在植物体内铵离子浓度高时，谷氨酰胺大量合成，可防止铵离子积累中毒。谷氨酰胺合成酶的活力是衡量植物氮素同化水平的一项重要生理指标。