微生物的營養要求千差萬別，十分復雜。有的要求簡單，如水中或土壤的某些細菌只需無機物及化學或放射能源即可生長繁殖；有的要求復雜，如大部分致病菌都依靠宿主供給其本身不能合成的生長因子等。至于病毒，則純屬胞內寄生。
就一般情況來說，細菌的生長需要碳源、氮源、硫、磷和其他無機離子，如鐵和鎂。病毒則不能利用簡單的營養物質合成復雜的有機物質，在人工體外培養時需要用組織培養。細菌的自養菌（autotroph）可以自行合成營養物質，而異養菌（heterotroph）卻不行。
為什么會出現上述情況?主要是酶的作用。在菌體內有兩類蛋白，一類是結構蛋白（structural proteins），一類是功能蛋白（functional proteins），功能蛋白就是酶。酶在菌細胞的生活史中起著重要的作用，從細胞膜吸取營養物質到體內直至形成新的細胞個體，幾乎所有反應都由酶類催化。酶的種類很多，有各種分類辦法，按催化反應可分為水解酶、氧化酶和脫氫酶；按作用底物分為蛋白酶、糖酶、脂酶；按作用部位分為胞內酶與胞外酶等等。這就是在集體中沒有高溫、高壓、強酸、強堿的條件下，而能進行各種化學反應的關鍵。許多酶在起催化作用之前，在催化處往往需要和輔酶、輔基或金屬激活劑起作用，這些輔酶是非蛋白、分子較小的化合物。
細菌攝取外環境的營養物質，一些大分子的物質像蛋白、多糖與脂類，都先在細胞外經細胞分泌的胞外酶（蛋白酶、多醣酶、脂酶）分解為氨基酸或多肽、脂肪酸、單糖等以后，才能進入菌細胞。一種細菌可以具有多種酶系統，能完成多種生化反應。不同細菌合成的酶類及其活性不同，其代謝方式與生理特性也不同，例如需氧菌與厭氧菌，主要是后者缺乏一些酶系統，即細胞色素、細胞色素氧化酶、*酶和過氧化物酶，不能分解*（H2O2）等對細菌有害的物質，因而在有氧的環境下不能生長。大腸桿菌的突變株在丟失這些酶系統之后，會由兼性厭氧菌變為專性厭氧菌。
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