微生物生長繁殖所需的營養物質主要有水、碳源、氮源、無機鹽和生長因子等。
水：水是各種生物細胞必需的。水是良好的溶劑，微生物的新陳代謝過程中的一切生化反應都離不開水的作用。
碳源：碳源是合成菌體成分的原料，也是微生物獲取能量的主要來源。整體上看來，微生物可以利用的碳源范圍極廣，從大類上說，可以分為有機碳源和無機碳源兩大類，凡必須利用有機碳源的微生物就是異養微生物，凡能利用無機碳源的微生物就是自養微生物。
氮源：氮源主要是供給合成菌體結構的原料，很少作為能源利用。與碳源相似，微生物作為一個整體來說，能利用的碳源種類十分廣泛。某些微生物（如固氮菌）能利用空氣中分子態的氮或利用無機氮化物如銨鹽、硝酸鹽合成有機氮化物。多數致病菌則必須供給蛋白胨、氨基酸等有機氮化物才能生長。
無機鹽類：無機鹽主要可為微生物提供除碳、氮以外的各種重要元素。微生物需要的無機鹽類很多，主要有P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe等，其主要功能為構成菌體成分；調節滲透壓；作為某些酶的成分，并能激活酶的活性等。
生長因子：有些微生物雖然供給它適合的碳源氮源和無機鹽類，仍不能生長，還要供給一定量的所謂“生長因子”。其種類很多，主要是B族維生素的化合物等。生長因子可以從酵母浸出液、血液或血清中獲得。
微生物的營養類型
根據微生物對碳源的要求不同，可將其分為自養菌和異養菌兩大營養類型。
凡能利用無機碳合成菌體內有機碳化物的，叫自養菌；不能利用無機碳而需要有機碳才能合成菌體內有機碳化物的，為異養菌。
根據其生命活動所需能量的來源不同，可分為光能營養菌和化能營養菌。前者是從光線中獲得能量，后者則從化學物質氧化中取得能量。
因此，根據微生物所需的碳源和能源不同，可將微生物分為光能自養菌、光能異養菌、化能自養菌、化能異養菌等四類。