Trong tự nhiên cũng như trong phòng thí nghiệm, vi sinh vật luôn có những nhu cầu nhất
định về năng lượng, nguồn cac bon, các chất dinh dưỡng và các chất cần thiết đểđảm bảo các điều kiện thích hợp về môi trường. Căn cứ vào nguồn cung cấp cacbon và năng lượng mà người ta chia vi sinh vật thành các nhóm sinh lí sau đây:
1. Vi sinh vật tự dưỡng: là những vi sinh vật có khả năng tự tạo ra chất hữu cơ cho tế
bào bằng cách tiết ra các enzim xúc tác tổng hợp C từ CO2. Lối dinh dưỡng của nhóm vi sinh vật này giống nhưở cây xanh.
2. Vi sinh vật di dưỡng: là những vi sinh vật không có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ
nguyên tử C. Chúng sử dụng C từ các hợp chất hữu cơ có sẵn. Đây là nhóm vi sinh vật chiếm đa số và có lối dinh dưỡng giống nhưởđộng vật.
3. Vi sinh vật quang dưỡng: là những vi sinh vật cần phải lấy năng lượng từ ánh sáng mới sống được. Nhóm vi sinh vật quang dưỡng được chia thành hai nhóm căn cứ vào nguồn C chúng sử dụng. Nhóm quang khoáng dưỡng lấy H từ H2O trong quá trình quang hợp
để khử O của CO2. Nhóm quang hữu cơ dưỡng lấy H từ H2S thay vì từ H2O.
4. Vi sinh vật hoá dưỡng: là những vi sinh vật không cần ánh sáng vẫn sống được. Chúng lấy năng lượng từ các phản ứng hoá học xảy ra bên trong tế bào. Nhóm vi sinh vật hoá dưỡng lại được phân biệt thành hai nhóm nhỏ là (1) nhóm vi sinh vật hoá khoáng dưỡng hoá năng vô cơ (vi sinh vật nhóm này lấy năng lượng bằng cách oxyhóa các chất vô cơ) và (2) nhóm vi sinh vật hoá khoáng dưỡng năng hữu cơ (vi sinh vật nhóm này lấy năng lượng từ phản ứng oxy hoá chất hữu cơ).
5. Vi sinh vật hoại sinh: lấy nguồn C từ các chất hữu cơ còn nguyên vẹn ở chung quanh, nước cống rảnh hoặc từ các xác hữu cơ.
6. Vi sinh vật kí sinh: lấy nguồn C là chất hữu cơ trong cơ thể các sinh vật còn sống hoặc từ các tổ chức hoặc dịch thể của một cơ thể sống thường thấy ở các vi sinh vật
gây bệnh cho người, động vật và thực vật. Vi sinh vật được gọi là ký sinh bắt buộc khi chúng chỉ có thể sống ký sinh trên một mô còn sống của một sinh vật khác và chúng không thể sống hoại sinh hoặc trên môi trường nuôi cấy nhân tạo. Vi sinh vật được gọi là ký sinh tùy ý thì lại có thể sống ký sinh trong các trường hợp trên.
Tùy nhóm vi sinh vật mà nguồn cacbon được cung cấp có thể là chất vô cơ hoặc chất hữu cơ. Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật khác nhau phụ thuộc vào 2 yếu tố: (1) thành phần hóa học và tính chất sinh lí của nguồn thức ăn, (2) đặc điểm sinh lí của từng loại vi sinh vật. Hầu như không có hợp chất cacbon hữu cơ nào mà không bị hoặc nhóm vi sinh vật này hoặc nhóm vi sinh vật khác phân giải. Vi sinh vật có khả năng tiết ra các enzim thủy phân để chuyển hóa những chất hữu cơ
không tan được trong nước hoặc có khối lượng phân tử quá lớn thành hợp chất dễ hấp thụ
nhưđường, acid amin, acid béo.