微生物的营养来源
人要吃饭，动物要猎食，庄稼要施肥，这是因为生命需要从外界取得进行生命活动的原料和燃料。用生物学家的话来说，生物为了生命活动而从外界获取需要物质的过程就是获取营养，获取营养是生物的基本功能。微生物是有生命的物体，营养同样是其进行生命活动的基础。微生物需要的营养和人对营养的需要没有本质的区别，但可以提供给微生物作食物的东西可比人或动物能够利用的食物种类多得多。微生物需要的营养要素可分为六大类，即碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水。
碳源
人要吃米饭、馒头或面包，这些食品的主要成分在化学上叫做碳水化合物，因为这些化合物的分子中含有比较多的碳元素，所以叫做碳源。它也是微生物食物中的一种主要口粮，因为微生物细胞中的许多成分都是由碳元素构成的，同时碳源又为微生物提供能量，供它们运动和进行各项生命活动。能被各种微生物利用的碳源种类极多，从简单的无机含碳化合物（如二氧化碳、碳酸盐等）到比较复杂的有机物（如糖类、醇类、酸类等），更为复杂的有机大分子，如蛋白质、核酸等，都能被微生物作为碳源分解利用，甚至连石油以及对一般生物有毒的腈类化合物、二甲苯、酚等也能被一些微生物用作碳源。不过，有的微生物所能利用的碳源种类极其有限，例如甲基营养细菌只能利用简单的有机化合物甲醇和甲烷作为碳源。
氮源
人需要吃肉或喝牛奶，其中主要含有蛋白质，蛋白质由氨基酸组成，氨基酸里面含有较多的氮元素，所以这类营养叫做氮源。微生物能利用的氮源种类也比人或植物要多，动植物能利用的氮源微生物都能利用，而一般植物和动物不能利用空气中的氮气，微生物也能利用。氮源给微生物提供生长繁殖时合成原生质和细胞其他结构的原材料。缺少氮源，微生物就难以生长，就像长期缺少蛋白质营养的儿童长不高一样。氮源一般不作为微生物的能源，但是有些细菌，例如硝化细菌能利用铵盐、亚硝酸盐作为氮源和能源。
能源
能源是提供微生物生命活动所需能量的物质。例如太阳光的光能就是许多可以进行光合作用细菌的直接能源。自然界中的不少物质，如葡萄糖、淀粉等，既可作为碳源，又可作为能源；蛋白质对于某些微生物来说，是具有碳源、氮源和能源三种功能的营养源。至于空气中的氮气，则只能提供氮源，而阳光仅提供能源。
无机盐
人需要吃盐、补钙，庄稼需要用草木灰补充钾。与高等生物一样，微生物的生命活动中，除了需要碳源、氮源和能源之外，还需要其他元素，例如硫、磷、钠、钾、镁、钙、铁等，还需要某些微量的金属元素，诸如钴、锌、钼、镍、钨、铜等。上述元素大多是以盐的形式提供给微生物的，因此它们也称为无机盐或矿质营养。这些无机盐是组成生命物质的必要成分，其中有些是维持正常生命活动所必需的，有些则是用于促进或抑制某些物质的产生。
生长因子
人和动物需要维生素，许多微生物也需要维生素。维生素是微生物自身不能合成的微量有机物质，它们对微生物生命活动也是不可缺少的。例如酵母菌和乳酸细菌必须由外界提供生长因子，才能够生长或生长良好。有些微生物，例如大肠杆菌、多数真菌和放线菌能够自行合成生长因子，不需要从外界获得。还有些微生物能产生过量的生长因子，因此可以利用它们来生产维生素，例如人们常常需要补充的维生素B2（核黄素）就是利用一种酵母菌生产的。
水
同一切生物一样，微生物的营养中不可缺少水。水是微生物细胞的主要化学成分之一。生命活动基本上是通过一系列化学反应实现的，这些化学反应绝大多数是在水中进行的。细胞内外物质的交换，通常也是溶解在水中进行的；水还可以维持生命大分子，例如核酸、蛋白质的分子结构稳定性；水还可以参与体内的化学反应，例如水解、水合反应等。
根据微生物对营养源中碳源、能源需求的不同，微生物学家将它们划分为若干营养类型。如果所需碳源是无机化合物，我们称该类微生物是自养微生物；如果碳源是有机化合物，则称为异养微生物；如果以光能为能源，我们称之为光能微生物；以化学反应产生的能量为能源的则是化能微生物。所以，微生物营养类型可以分成光能自养、光能异养、化能自养和化能异养四种类型。
生存在海洋中的微生物
海洋堪称世界上最庞大的恒化器，能承受巨大的冲击（如污染）而仍保持其生命力和生产力；微生物在其中是不可缺少的活跃因素。自人类开发利用海洋以来，竞争性的捕捞和航海活动、大工业兴起带来的污染以及海洋养殖场的无限扩大，使海洋生态系统的动态平衡遭受严重破坏。海洋微生物以其敏感的适应能力和快速的繁殖速度在发生变化的新环境中形成区系，积极参与氧化还原活动，调整与促进新生态平衡的形成与发展。从暂时或局部的效果来看，其活动结果可能是利与弊兼有，但从长远或全局的效果来看，微生物的活动始终是海洋生态系统发展过程中最积极的一环。
海洋循环系统的决定者
海洋中的大部分微生物都是分解者，但有一部分是生产者，因而具有双重的重要性。实际上，微生物参与海洋物质分解和转化的全过程。微生物在海洋无机营养再生过程中起着决定性的作用。某些海洋能自养细菌，可通过对氨、亚硝酸盐、甲烷、分子氢和硫化氢的氧化过程取得能量而繁殖。在深海热泉的特殊生态系中，某些硫细菌是利用硫化氢作为能源而繁殖的生产者。在深海底部，硫细菌实际上负担了全部初级生产。另一些海洋细菌则具有光合作用的能力。不论异养或自养微生物，其自身的繁殖都为海洋原生动物、浮游动物以及底栖动物等提供直接的营养源。这在食物链上有助于初级或高级的生物生产。
微生物们各施其责
在海洋动植物体表或动物消化道内往往会形成特异的微生物区系，如弧菌等是海洋动物消化道中常见的细菌，分解几丁质的微生物往往是肉食性海洋动物消化道中微生物区系的成员。某些真菌、酵母和利用各种多糖类的细菌常是某些海藻体上的优势菌群。微生物代谢的中间产物，如抗生素、维生素、氨基酸或毒素等是促进或限制某些海洋生物生存与生长的因素。某些浮游生物与微生物之间存在着相互依存的营养关系。如细菌为浮游植物提供维生素等营养物质，浮游植物分泌乙醇酸等物质作为某些细菌的能源与碳源。
由于海洋微生物富变异性，故能参与降解各种海洋污染物或毒物，这有助于海水的自净化和保持海洋生态系统的稳定。
科学家发现微生物可分为两个类别。
第一个类别包含很多微生物种类，它们的数量是难得的丰富，似乎适应了一种“随遇而安”的生活方式：在能量充足的环境中生长很快，而在食物缺乏时则生长很慢；第二个类别包含少数几种丰富的、普遍的浮游生物，它们通常数量很多。
这些浮游生物中未培养的微生物基因组相对较小，可能是通过生长缓慢和维持较少生物质来避免被捕食。
生存在极端环境中的微生物
在自然界中，有些环境是不能使普通生物生存的，如高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压、高辐射等。然而，即便是在这些通常被认为是生命禁区的极端环境中，仍然有些微生物在顽强生活着，我们将这些微生物叫做极端环境微生物或简称为极端微生物。
喜欢寒冷的嗜冷菌
在地球的南北极地区、冰窖、终年积雪的高山、深海和冻土地区，生活着一些嗜冷微生物。嗜冷菌适应在低于20℃以下的环境中生活，在温度超过22℃时，其蛋白质的合成就会停止。嗜冷菌的细胞膜内含有大量的不饱和脂肪酸，会随温度的降低而增加，从而保证了膜在低温下的流动性，这样，细胞就能在低温下不断从外界环境中吸收营养物质；另一种嗜冷菌能生长在温度达到30℃的环境中。嗜冷微生物是导致低温保藏食品腐败的根源。
不怕烫的高温菌
嗜热菌俗称高温菌，广泛分布在温泉、地热区土壤、火山地区以及海底火山地等。兼性嗜热菌的最适宜生长温度在50℃～65℃之间，专性嗜热菌的最适宜生长温度则在65℃～70℃之间。在冰岛，有一种嗜热菌可在98℃的温泉中生长。在美国黄石国家公园的含硫热泉中，曾经分离到一种嗜热的兼性自养细菌——酸热硫化叶菌，它们可以在高于90℃的温度下生长。
近年来，这种细菌已受到了广泛重视，可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱硫。在一些污泥、温泉和深海地热海水中生活着能产甲烷的嗜热细菌，其生活的环境温度高，盐浓度大，压力也非常高，在实验室很难被分离和培养。
嗜热真菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高温环境中，有助于一些有机物的降解。在发酵工业中，嗜热菌可用于生产多种酶制剂，例如纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、菊糖酶等。
喜欢吃盐的细菌
嗜盐菌通常分布在晒盐场、盐湖、腌制品中以及死海中。嗜盐菌能够在盐浓度为15%～20%的环境中生长，有的甚至能在32%的盐水中生长。极端嗜盐菌有盐杆菌和盐球菌，属于古菌。盐杆菌细胞含有红色素，所以在盐湖和死海中大量生长时，会使这些环境出现红色。一些嗜盐细菌的细胞中存在有紫膜，膜中含有一种蛋白质，叫做细菌视紫红质，能吸收太阳光的能量。嗜盐菌能引起食品腐败和食物中毒，副溶血弧菌是分布极广的海洋细菌，也是引起食物中毒的主要细菌之一，它们能通过污染海产品、咸菜等致病。嗜盐菌可用于食用蛋白、调味剂、保健食品强化剂，还可用于海水淡化、盐碱地改造利用以及能源开发等。
在海洋深处以及深油井中，还分布着一些嗜压微生物，它们生存的环境中压力达一千多个大气压，在常压下它们却是不能生存的。有人曾经在太平洋靠近菲律宾的10897米深的海底分离到嗜压的细菌，还发现嗜压的酵母菌。耐高温和厌氧生长的嗜压菌有望用于油井下产气增压和降低原油黏度，借以提高采收率。
我国各地分布着热泉，有些地区还有酸性热泉，西北地区还有大盐湖，东部和南部有辽阔的海洋，其中极端环境微生物资源非常丰富，有待人们去开发和利用。