Homeostaza se odnosi na samoregulirajuće procese koje živi organizmi koriste za održavanje svoje unutarnje stabilnosti, jamčeći tako svoj opstanak. Bakterije se također mogu samoregulirati, prilagođavajući se uvijek promjenjivim uvjetima okoliša koji ih okružuju. Glavni homeostatski procesi koji jamče preživljavanje bakterija uključuju homeostazu željeza i metala, pH homeostazu i homeostazu lipida membrane.
Homeostaza željeza
Željezo je vitalno za većinu bakterija, ali u velikim količinama može biti otrovno. Bakterije mogu postići homeostazu željeza čak i u okruženjima s malim količinama ovog elementa. U ovoj situaciji neke bakterije koriste specijalizirane proteine koji povećavaju apsorpciju željeza. Patogene bakterije koje žive u ljudskoj krvi mogu održavati svoju homeostazu željeza pomoću hemoglobina domaćina ili drugih kompleksa željeza. Bakterije također imaju proteine, poput feritina, koje su koristile za pohranu željeza kao unutarstanične rezerve. Kada su u sredinama s otrovnom razinom željeza, bakterije koriste svoje proteine za detoksikaciju željeza (Dps), koji štite svoj kromosom od oštećenja.
Metalna homeostaza
Osim željeza, bakterije mogu osjetiti i vanjske razine drugih elemenata, poput olova, kadmija i žive. Metalni senzori složeni su proteini koji se nalaze u nekim bakterijama, a koji mogu osjetiti i regulirati unutarnju razinu otrovnih teških metala i korisnih metalnih iona. Ljudski patogen Mycobacterium tuberculosis i tlo u kojem se nalazi Streptomyces coelicolor imaju više od deset metalnih senzora.
PH Homeostaza
Razina kiselosti tvari mjeri se kroz njezin pH. Iako većina vrsta bakterija zahtijeva vanjsku razinu pH blizu neutralne ili 7, bakterije koje se nazivaju ekstremofili mogu živjeti u okruženjima s pH vrijednostima ispod 3, ili kiselim, ili iznad 11, ili lužinama. Bakterije imaju mehanizme za otkrivanje vanjskih promjena pH. Kompleksna pH homeostaza većine bakterija omogućuje im toleriranje vanjskih pH vrijednosti koje se razlikuju od njihove unutarnje razine kiselosti.
Homeostaza lipida membrane
Membrana bakterija sadrži različite vrste proteina i lipida. Bakterije mogu prilagoditi lipidni sastav svojih membrana, mijenjajući tako njihovu propusnost. Sposobnost bakterija da kontroliraju lipidnu konstituciju svojih membrana naziva se membranska lipidna homeostaza i omogućuje im preživljavanje u velikom rasponu okruženja.