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，在能量需求的條件下通過壹系列復雜的過程轉化為碳水化合物。生長所需的能量根據微生物類群而不同，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，後者是硝化細菌、硫細菌、鐵細菌和氫細菌。自養生物在自然物質的轉化中起著重要的作用。