Mikroorganizmi su slični složenijim organizmima jer im trebaju razni materijali iz njihove okoline da bi funkcionirali i ostvariti dva osnovna cilja - opskrbiti dovoljno energije za upravljanje njihovim procesima i izvući gradivne blokove za popravak ili razmnožavati. Uz ono što unose, mikroorganizmi uspijevaju i u određenim okruženjima. Ta se okruženja razlikuju koliko i sami organizmi, pa čak i količina i raspodjela elemenata u bilo kojem određenom okolišu mogu biti vrlo važni. Znanstvenici koriste ove podatke za uzgoj mikroorganizama u laboratorijima za eksperimentiranje.
Hranjive tvari
Svi mikroorganizmi trebaju hranu. Izvori hrane mogu se razlikovati, ali organizmi prvenstveno vade ugljik i dušik iz tvari kao što su bjelančevine, masti i ugljikohidrati. Neki mikroorganizmi takve čestice traže i apsorbiraju. Drugi mogu izvoditi kemijske reakcije s okolnim elementima kao što je ugljični dioksid da bi dobili što trebaju, dok još neki mogu stvoriti vlastite jednostavne šećere fotosintezom nalik na bilje. Dušik, koji se koristi za sintezu bjelančevina, može se uzimati iz okolne atmosfere ili iz drugih organskih tvari.
Temperatura
Općenito, što je temperatura viša, to mikroorganizmi lakše mogu narasti do određene točke. Vrlo visoke i vrlo niske temperature ometaju enzimske procese koje mikroorganizmi ovise o preživjeti, ali pojedine vrste mikroorganizama narasle su na više razine temperatura. Znanstvenici ih obično dijele u tri različite skupine: psihrofili, mezofili i termofili. Psihrofili više vole temperature od 0 do 5 Celzijevih stupnjeva; mezofili vole u sredini, 20-45 Celzijevih stupnjeva; a termofili vole vruće, uspijevaju na temperaturama oko ili iznad 55 stupnjeva.
Razine pH
Mikroorganizmi također preferiraju određenu razinu pH u tvari ili okolišu u kojem rastu - to jest, više vole imati određene kisele osobine u svojoj okolini. Većina mikroorganizama, uključujući većinu ljudskih patogena, su neutrifili, organizmi koji preferiraju neutralnu razinu pH. Neki vole visoku razinu pH, ali najčešće, ako su uvjeti pre kiseli, tada se enzimi u organizmu razgrađuju.
Vlaga
Slobodan protok vode od vitalne je važnosti za mikroorganizme da bi njihove stanice mogle razmjenjivati materijale i svoje metaboličke procese. Svi mikroorganizmi zahtijevaju određenu razinu vode, ali nekolicina može preživjeti u uvjetima s niskom vlagom čuvajući svu vodu koju pronađu i boraveći u okolišu bogatom vlagom. Općenito je pravilo da će se, što više vlage, naći više mikroorganizama.
Prisutni elementi
Uz vodu, mikroorganizmi obično trebaju prisutnost određenih elemenata u zraku - plinova koje apsorbiraju kako bi proizveli potrebne hranjive sastojke. Dušik je jedan od nužnih elemenata, kao i kisik. Postoje mnogi mikroorganizmi kojima je za preživljavanje potrebno okruženje bogato kisikom, ali drugi zapravo cvjetaju u okruženju s niskim udjelom kisika. Između ove dvije krajnosti postoji široka raznolikost koja može preferirati više ili manje kisika i koja će moći jednako cvjetati bez obzira na količinu kisika.