這些微生物都以二氧化碳為主要碳源，以無機氮化物為氮源。二氧化碳主要由卡爾文循環(即光合碳循環)固定，在需要能量時通過壹系列復雜的過程轉化為碳水化合物。生長所需的能量因微生物類群而異，分別通過光合作用或化學合成獲得。前者是紫硫細菌和綠硫細菌，後者是硝化作用。