Sự sinh trưởng của vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy không liên tục tuân theo quy luật đường cong gồm 4 pha: pha tiềm phát, pha lũy thừa, pha cân bằng, pha suy vong.
- Pha tiềm phát: đây là giai đoạn làm quen của vi sinh vật khi được cấy sang môi trường mới và số lượng không tăng lên ngay. Trong giai đoạn này tế bào chưa phân cắt nhưng thể tích và khối lượng tăng lên rõ rệt do có sự tăng các thành phần mới của tế bào.
- Pha lũy thừa (pha logarit): trong pha này số lượng vi sinh vật tăng lên với tốc độ rất nhanh vì sau khi làm quen với môi trường và sinh trưởng mạnh thì vi sinh vật bắt đầu tiến hành sinh sản với tốc độ khá cao. Vi sinh vật sinh sản theo cấp số nhân nên số lượng tăng ngày càng nhanh và thời gian sinh sản một thế hệ sẽ phụ thuộc vào loại vi sinh vật. Nếu số lượng ban đầu càng lớn thì tốc độ phát triển trong pha này càng nhanh và thời gian tăng đến số lượng cực đại càng ngắn. Trong pha này vi sinh vật đã thích nghi với môi trường nên quá trình trao đổi chất tiến hành rất nhanh.
- Pha cân bằng: trong pha này tổng số tế bào gần như không thay đổi nhưng không có nghĩa là vi sinh vật ngừng sinh sản, mà thực ra vi sinh vật vẫn tiếp tục sinh sản nhưng trong một đơn vị thời gian số tế bào sinh ra bằng số tế bào chết đi. Nguyên nhân là sau một thời gian nuôi cấy trong pha logarit thì điều kiện sinh trưởng trong môi trường thay đổi nhiều: chất dự trữ trong môi trường cạn dần, một số sản phẩm của sự trao đổi chất có tính độc tích tụ lại, pH môi trường thay đổi, sự chuyển hóa
năng lượng bị chậm lại. Chính những thay đổi này đã làm số tế bào sinh ra giảm và số tế bào chết tăng.
- Pha suy vong: việc tiêu hao chất dinh dưỡng và do tích lũy các chất đối kháng ngày càng nhiều nên số lượng tế bào sống giảm dần, số vi sinh vật chết tăng nhanh hơn số vi sinh vật sinh ra.