細菌有許多不同的代謝模式。壹些細菌只需要二氧化碳作為碳源，被稱為自養生物。那些通過光合作用從光獲取能量的被稱為光合自養生物。那些依靠氧化化合物獲得能量的被稱為化能自養生物。其他細菌依靠有機碳作為碳源，稱為異養菌。
光合自養細菌包括藍細菌，藍細菌是已知最古老的生物，可能在地球大氣中產生氧氣方面發揮重要作用。其他光合細菌進行壹些不產生氧氣的過程。包括綠色硫細菌、綠色非硫細菌、紫色硫細菌、紫色非硫細菌和Heliobacter。
正常生長所需的營養包括氮、硫、磷、維生素和金屬元素，如鈉、鉀、鈣、鎂、鐵、鋅和鈷。
根據它們對氧的反應，大多數細菌可分為以下三類:有的只能在有氧的情況下生長，稱為需氧菌；另壹些只能在無氧條件下生長，稱為厭氧菌；還有壹些兼性厭氧菌可以在有氧或無氧條件下生長。細菌也可以在人類認為的極端環境中茁壯成長。這種生物被稱為極端微生物。有些細菌存在於溫泉中，稱為嗜熱菌；另壹些生活在高鹽湖中，被稱為嗜鹽微生物；其他細菌存在於酸性或堿性環境中，稱為嗜酸細菌和嗜堿細菌。另壹些存在於高山冰川中，被稱為嗜冷細菌。