微生物生長所需要的元素主要以相應的有機物與無機物的形式提供的，也有小部分可以由分子態的氣體物質提供。營養物質按照它們在機體中的生理作用不同，可以將它們區分成碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水。
碳源
在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質稱為碳源。碳源物質在細胞內經過一系列復雜的化學變化后成為微生物自身的細胞物質（如糖類、脂類、蛋白質等）和代謝產物，碳可占一般細菌細胞干重的一半。同時絕大部分碳源物質在細胞內生化反應過程中還能為機體提供維持生命活動所需的能源，因此碳源物質通常也是能源物質。但有些 CO 2 作為唯一或主要碳源的微生物生長所需的能源則并非來自碳源物質。
微生物利用碳源物質具有選擇性，糖類是一般微生物較容易利用的良好碳源和能源物質，但不同微生物對不同糖類物質的利用也有差別，例如在以葡萄糖和半乳糖為碳源的培養基中，大腸桿菌首先利用葡萄糖，然后利用半乳糖，前者稱為大腸桿菌的速效碳源，后者稱為遲效碳源。目前在微生物工業發酵中所利用的碳源物質主要是單糖、糖蜜、淀粉、麩皮、米糠等。為了節約糧食，人們已經開展了代糧發酵的科學研究，以自然界中廣泛存在的纖維素作為碳源和能源物質來培養微生物。
不同種類微生物利用碳源物質的能力也有差別。有的微生物能廣泛利用各種類型的碳源物質，而有些微生物可利用的碳源物質則比較少，例如假單胞菌屬中的某些種可以利用多達 90 種以上的碳源物質，而一些甲基營養型微生物只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物作為碳源物質。微生物利用的碳源物質主要有糖類、有機酸、醇、脂類、烴、 CO 2 及碳酸鹽等。
對于為數眾多的化能異養微生物來說，碳源是兼有能源功能營養物。