微生物是自然界中许多有机物的分解者，如果没有它们的作用，自然界中各类元素及物质就不可能被周而复始地循环利用，生态平衡就会遭到破坏，整个生命世界就会绝灭，人类自然也就无法生存。微生物表面上看起来十分简单，但菌群的构成却十分复杂，菌群数量比目前地球总人口数还要超出100倍之多。在这样的环境中，微生物必须具备评估周围嘈杂和紧张环境的能力，过滤出什么条件生死攸关、什么条件无足轻重，并最终作出有利于整个菌群生存的决策。
微生物的特征
在生命世界中，各种生物的体形大小相差极大。如植物中的红杉高达350米，动物中的蓝鲸长达34米。而我们今天知道的最小微生物是病毒，如细小病毒的直径只有20纳米（1纳米为百万分之一毫米）。微生物一般指体形在0.1毫米以下的小生物，个体微小的特性使微生物获得了高等生物无法具备的五大特征，即体积小面积大、吸收多转化快、生长旺繁殖快、适应强变异频、分布广种类多。
体积小，面积大
微生物的个体极其微小，必须借助显微镜放大几倍、几百倍、上千倍，乃至数万倍才能看清。表示微生物大小的单位是微米（1米＝106微米）或纳米（1米＝109纳米）。
用细菌中的杆菌为例可以形象地说明微生物个体的细小。杆菌的宽度是0.5微米，80个杆菌“肩并肩”地排列成横队，也只是一根头发丝横截面的宽度。杆菌的长度约2微米，故1500个杆菌头尾衔接起来也仅有一颗芝麻那么长。
我们知道，把一定体积的物体分割得越小，它们的总表面积就越大，可以把物体的表面积和体积之比称为比表面积。如果把人的比表面积值定为1，则大肠杆菌的比表面积值可高达30万。小体积大面积是微生物与一切大型生物在许多关键生理特征上的区别所在。
吸收多，转化快
由于微生物的比表面积大得惊人，所以与外界环境的接触面特别大，非常有利于微生物通过体表吸收营养和排泄废物，这就导致它们的“胃口”十分庞大。而且，微生物的食谱又非常广泛，凡是动植物能利用的营养，微生物都能利用，大量的动植物不能利用的物质，甚至剧毒的物质，微生物照样可以视为美味佳肴。如大肠杆菌在合适的条件下，每小时可以消耗相当于自身重量2000倍的糖，而人要消耗这些糖则需要40年之久。如果说一个50公斤的人一天吃掉与体重等重的食物，恐怕没人会相信。
我们可以利用微生物这个特性，发挥“微生物工厂”的作用，使大量基质在短时间内转化为大量有用的化工、医药产品或食品，为人类造福，使有害物质化为无害，将不能利用的物质变为植物的肥料。
生长旺，繁殖快
微生物以惊人的速度“生儿育女”。例如大肠杆菌在合适的生长条件下，20分钟左右便可繁殖一代，每小时可分裂3次，由1个细菌变成8个。每昼夜可繁殖72代，由1个细菌变成4722366500万亿个（重约4722吨）；经48小时后，则可产生约4000个地球之重的后代。
当然，由于种种条件的限制，这种疯狂的繁殖是不可能实现的。细菌数量的翻番只能维持几个小时，不可能无限制地繁殖。因而在培养液中繁殖细菌，它们的数量一般仅能达到每毫升1亿～10亿个，最多达到100亿。尽管如此，它们的繁殖速度仍比高等生物高出千万倍。
微生物的这一特性在发酵工业上具有重要意义，它可以提高生产效率，缩短发酵周期。
适应强，变异频
微生物对环境条件，尤其是恶劣的“极端环境”具有惊人的适应力，这是高等生物所无法比拟的。例如多数细菌能耐0℃到-196℃的低温；在海洋深处的某些硫细菌可在250℃到300℃的高温条件下正常生长；一些嗜盐细菌甚至能在饱和盐水中正常生活；产芽孢细菌和真菌孢子在干燥条件下能保存几十年、几百年甚至上千年。耐酸碱、耐缺氧、耐毒物、抗辐射、抗静水压等特性在微生物中也极为常见。
微生物个体微小，与外界环境的接触面积大，容易受到环境条件的影响而发生性状变化（变异）。尽管变异发生的机会只有百万分之一到百亿分之一，但由于微生物繁殖快，也可在短时间内产生大量变异的后代。正是由于这个特性，人们才能够按照自己的要求，不断改良应用在生产上的微生物，如青霉素生产菌的发酵水平由每毫升20单位上升到近10万单位。利用变异和育种，使产量得到如此大幅度的提高，在动植物育种工作中简直是不可思议的。
分布广，种类多
虽然我们不借助显微镜就无法看到微生物，可是它在地球上几乎无处不在，无孔不入，就连我们人体的皮肤上、口腔里，甚至肠胃里，都有许多微生物。85公里的高空、11公里深的海底、2000米深的地层、近100℃（甚至300℃）的温泉、-250℃的环境，这些都属于极端环境，均有微生物的存在。至于人们正常生产和生活的地方，也正是微生物生长、生活的适宜条件。因此，人类生活在微生物的汪洋大海之中，但常常是“深在菌中不知菌”。微生物聚集最多的地方是土壤，土壤是各种微生物生长繁殖的大本营，任意取一把土或一粒土，就是一个微生物世界，不论数量或种类均很多。在肥沃的土壤中，每克土含有20亿个微生物，即使是贫瘠的土壤，每克土中也含有3亿～5亿个微生物。
微生物是怎么生长的
微生物细胞在合适的环境条件下，会不断获取外界的营养物质。这些营养物质在细胞内发生各种化学变化，有些被作为能源消耗了，有些变成了细胞自身的结构组织，如果变成细胞组织的物质多于被消耗掉的物质，细胞物质的总量就会不断增加，细胞个体就会长大，在达到一定程度时，就会繁殖，即由一个细胞变成两个，两个变成四个……最后发展成一个群体。
微生物惊人的繁殖速度
微生物的生长繁殖速度是惊人的。我们知道，高等生物完成一个世代交替的周期要几年甚至几十年，而微生物完成世代交替只需要几分钟。细菌增殖的方式是二分裂法，即以2n递增，拿大肠杆菌来说，大肠杆菌在适宜温度时20分钟即形成一代，24小时则繁殖72代。当然，因为地球上任何生物都要受到物质条件及其他相关条件的制约，不可能无限繁殖，不过，也确实由于许多致病微生物有着惊人的繁殖速度，才使得我们的医疗手段在它们面前无能为力。
细菌如此，其他微生物也是如此。更有甚者是病毒，它们增殖的方法是复制，就像我们翻录磁带一样。病毒在它们所寄生的细胞中，只需按照自己的模样，利用细胞中的各种原料和酶无休止地复制后代个体，直到被寄生的细胞变成空壳为止。至此，它们从这细胞中破壳而出，一次出来就是上亿个细菌！然后再分别去感染临近的其他细胞，复制新一代的个体。如此，在极短的时间内就可产生数量极多的后代，这也是高等生物自叹弗如的。正是微生物有这样神奇的本领，才得以在地球漫长的进行过程中保存下来，而许多较高等的生物却只能在地球上走过短短的进化年代便销声匿迹了。
到哪里获取营养成分
营养是微生物生长的先决条件。在自然界中，微生物从其生存环境中获取生长所需的各种营养成分。在土壤中，各种有机质是异养微生物——细菌、放线菌、霉菌生长所需的碳源和能源。在茂密的丛林中，枯枝败叶是各种土著微生物赖以生长的天然粮库。许多大型真菌生活在草地上、树干上，甚至是腐木上，有些则是与树木的根部共生，它们的营养方式为腐生、寄生，或二者兼而有之。
微生物也在相互“竞争”
面对饥饿或病毒，微生物会作出什么反应呢。一部分微生物会形成孢子，将DNA（脱氧核糖核酸）封闭起来，使母细胞死亡，这确保了整个菌群的生存。一旦威胁消除，孢子萌发，菌群重新生长繁殖。在此过程中，微生物还要选择是否进入一种“竞争”状态，即通过改变细胞膜，以更容易吸收来自邻近其他死亡细胞的物质。如此一来，在生存压力消失后，这些微生物可以更快地恢复正常生活。雅各布教授认为，这是一个艰难的选择，甚至可以说是一场赌博，因为只有当其他微生物进入到孢子休眠状态时，形势才对进入到“竞争”状态的微生物有利。观测显示，只有约10％的微生物进入到“竞争”状态。为什么不是所有的微生物同时进入到“竞争”状态呢？这是因为微生物不会向自己的同伴隐瞒自己的意图，也不会说谎或推诿，它们之间可通过发送化学信息来传递个体的意图。个体微生物根据所面对的生存压力、同伴的处境、有多少细胞处于休眠状态以及有多少细胞处于“竞争”状态，来仔细权衡，最终决定个体的状态。
对环境的适应
我们知道，鸡蛋只有在适合的温度下才能孵化成小鸡，这是因为在细胞中进行的生物化学反应是生命活动的基础，而这些反应需要在一定的温度下进行。对于大多数微生物来说，温度太低，不能进行营养物质的运输，也不利于各种生命过程的进行。在温度适当升高时，细胞内的生物化学反应速度加快，就能加速微生物的生长。当温度超过微生物所能忍受的极限时，就会导致其死亡。
当然，由于自然界的环境与生物种类的多样性，有些微生物能够在一般生物所不能生存的环境条件下生长，例如生活在南极和北极地区的嗜冷微生物、生活在高温环境中的嗜热微生物以及生长在热泉和火山喷口地区的嗜高热微生物等。
我们都知道新鲜蔬菜被晒干后就不容易腐烂了，这是因为蔬菜的水分减少了，引起蔬菜腐烂的微生物就不容易生长。微生物的生长必须有水，但结合在分子内的水不能被微生物利用，只有游离的水才能被利用。采用“水活度”值这一概念来表示能被微生物利用的实际含水量，微生物所需要的水活度越高，在干燥的环境下就越不容易生长。