Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào hoặc đa bào nhân sơ có kích thước rất nhỏ, không quan sát được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi. Thuật ngữ vi sinh vật không tương đương với bất kỳ đơn vị phân loại nào trong phân loại khoa học. Nó bao gồm cả Vi khuẩn (bao gồm cả Cổ khuẩn), nấm, tảo và động vật nguyên sinh.

Nhu cầu năng lượng: Môi trường phải chứa những chất cần thiết để vi khuẩn chuyển hóa, tạo năng lượng cần thiết cho vi khuẩn tổng hợp chất sống và di động. Ba nguồn năng lượng được vi khuẩn sử dụng là ánh sáng, chất vô cơ và chất hữu cơ. Năng lượng sẽ được tạo ra qua một trong 3 cơ chế: lên men trong vi khuẩn kỵ khí, hô hấp trong vi khuẩn hiếu khí và quang hợp trong vi khuẩn quang tổng hợp. Một điểm chung là năng lượng quang hợp hay năng lượng hóa học đều được biến thành ATP, một chất giàu năng lượng, sử dụng được bởi tất cả tế bào theo những hệ thống giống như ở sinh vật bậc cao. Các chất được vi sinh vật dùng để tạo ATP gồm chất hữu cơ, các amino acid, hydrat cacbon các chất vô cơ như CO₂, SO₄^2-...

Chất dinh dưỡng: Chất dinh dưỡng có thể là thiết yếu (nếu không có thì tế bào không tăng trưởng được) và có thể là có ích nhưng không phụ thuộc (nếu có thì được vi khuẩn sử dụng nhưng không bắt buộc).

Vi khuẩn chủ yếu lấy các chất dinh dưỡng từ môi trường xung quanh. Các môi trường nuôi dưỡng nhân tạo cần cung cấp đầy đủ năng lượng, các vật liệu xây dựng tế bào, cụ thể phải đáp ứng các yếu tố sau:

• Kích thước rất nhỏ bé. Kích thước vi sinh vật thường được đo bằng micromet.
• Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh. Vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải một lượng đường lactose nặng hơn 1000 - 10 000 lần khối lượng của chúng.
• Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh. So với các sinh vật khác thì vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng cực kì lớn.
• Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị.
• Phân bố rộng, chủng loại nhiều. Số lượng và chủng loại thay đổi theo thời gian. Vi sinh vật có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, ngay ở điều kiện khắc nghiệt nhất như ở nhiệt độ cao trong miệng núi lửa, nhiệt độ thấp ở Nam Cực, và áp suất lớn dưới đáy đại dương vẫn thấy sự có mặt của vi sinh vật. Vi sinh vật có khoảng trên 100 nghìn loài bao gồm 30 nghìn loài động vật nguyên sinh, 69 nghìn loài nấm, 1,2 nghìn loài vi tảo, 2,5 nghìn loài vi khuẩn lam, 1,5 nghìn loài vi khuẩn, 1,2 nghìn loài virut và rickettsia.

Do tính chất dễ phát sinh đột biến nên số lượng loài vi sinh vật tìm được ngày càng tăng, chẳng hạn về nấm trung bình mỗi năm lại được bổ sung thêm khoảng 1500 loài mới.