微生物（如细菌）为了正常的活动和繁殖，需要有能源、碳源和无机营养物，如氮、磷、硫、钾、钙和镁等。

微生物是从有机物或二氧化碳中获取细胞生长所需的碳源的。如果微生物是从有机物中的有机碳来合成新细胞组织的有机体，称为异养微生物。而微生物是从二氧化碳中获取碳源来合成新细胞的有机体，就称为自养微生物。从二氧化碳转变为细胞碳化合物，需要经过还原过程，需要摄入能量，因此自养微生物合成过程中必须消耗更多自身的能量，所以与异养微生物相比，细胞质的产量和生长速率较低。

微生物合成所需的能量可由光源提供；也可以由化学氧化反应提供，通过氧化有机物或无机化合物而获得能量。如果是利用光源作为能源的微生物称为光养微生物。从化学氧化反应中获得能量的微生物称为化能营养微生物。光养微生物可以是异养的（某些硫还原细菌），也可以是自养的（如藻类和光合细菌等）；化能营养微生物也可以是异养的（如原生动物、真菌和大多数细菌等），也可以是自养的（如硝化细菌等）。化能异养微生物是通过氧化有机化合物获得能量，而化能自养微生物是通过氧化还原性的无机化合物，如氨、亚硝酸盐、亚铁离子和硫化物等获得能量的。

微生物的生长，除上述碳源和能源外，营养物质也十分重要。微生物需要的主要无机营养物是：N、S、P、K、Mg、Ca、Fe、Na和Cl。次要营养物包括：Zn、Mn、Mo、Se、Co、Cu和Ni等。工业废水生物处理，常缺氮和磷，要及时补充。微生物细胞体组成C₆₀H₈₇O₂₃N₁₂P，每100g中大约有12.22g氮和2.26g磷，可见，废水生物处理注意N、P量的重要性。