Micro-organismen zijn vergelijkbaar met complexere organismen omdat ze een verscheidenheid aan materialen uit hun omgeving nodig hebben om te functioneren en twee primaire doelen bereiken: voldoende energie leveren om hun processen te beheren en bouwstenen extraheren om zichzelf te repareren of voortplanten. Naast wat ze opnemen, gedijen micro-organismen ook in bepaalde omgevingen. Deze omgevingen variëren net zoveel als de organismen zelf, en zelfs de hoeveelheid en verdeling van elementen in een bepaalde omgeving kan erg belangrijk zijn. Wetenschappers gebruiken deze informatie om micro-organismen te kweken in laboratoria voor experimenten.
voedingsstoffen
Alle micro-organismen hebben voedsel nodig. De voedselbronnen kunnen verschillen, maar de organismen halen koolstof en stikstof vooral uit stoffen als eiwitten, vetten en koolhydraten. Sommige micro-organismen zoeken en absorberen dergelijke deeltjes. Anderen kunnen chemische reacties uitvoeren met omringende elementen zoals koolstofdioxide om te krijgen wat: ze nodig hebben, terwijl weer anderen hun eigen eenvoudige suikers kunnen produceren door middel van fotosynthese, vergelijkbaar met planten. Stikstof, dat wordt gebruikt om eiwitten te synthetiseren, kan worden gehaald uit de omringende atmosfeer of uit ander organisch materiaal.
Temperatuur
Over het algemeen geldt dat hoe hoger de temperatuur, hoe gemakkelijker micro-organismen tot een bepaald punt kunnen groeien. Zeer hoge en zeer lage temperaturen belemmeren beide de enzymprocessen waarvan micro-organismen afhankelijk zijn overleven, maar individuele soorten micro-organismen zijn uitgegroeid tot een voorkeur voor verschillende niveaus van temperatuur. Wetenschappers verdelen ze meestal in drie verschillende groepen: psychrofielen, mesofielen en thermofielen. Psychrofielen geven de voorkeur aan temperaturen van 0 tot 5 graden Celsius; mesofielen houden ervan in het midden, 20-45 graden Celsius; en thermofielen houden van heet, gedijend bij temperaturen rond of boven 55 graden.
pH-niveaus
Micro-organismen geven ook de voorkeur aan een bepaald pH-niveau in de stof of omgeving waarin ze groeien, dat wil zeggen, ze geven er de voorkeur aan bepaalde zure eigenschappen in hun omgeving te hebben. De meeste micro-organismen, inclusief de meeste menselijke pathogenen, zijn neutrifielen, organismen die de voorkeur geven aan een neutrale pH-waarde. Sommigen houden van hoge pH-waarden, maar meestal, als de omstandigheden te zuur zijn, breken de enzymen van het organisme af.
Vochtigheid
De vrije stroming van water is van vitaal belang voor micro-organismen voor hun cellen om materialen uit te wisselen en voor hun metabolische processen. Alle micro-organismen hebben een bepaald niveau van water nodig, maar enkelen kunnen overleven in omstandigheden met weinig vocht door al het water dat ze vinden vast te houden en in een vochtrijke omgeving te blijven. Als algemene regel geldt echter dat hoe meer vocht, hoe meer micro-organismen er zullen worden gevonden.
Elementen aanwezig
Naast water hebben micro-organismen gewoonlijk de aanwezigheid van bepaalde elementen in de lucht nodig: gassen die ze absorberen om de benodigde voedingsstoffen te produceren. Stikstof is een noodzakelijk element, net als zuurstof. Er zijn veel micro-organismen die een zuurstofrijke omgeving nodig hebben om te overleven, maar andere gedijen juist in een zuurstofarme omgeving. Tussen deze twee uitersten bevindt zich een grote variëteit die misschien meer of minder zuurstof prefereert en die gelijk zal kunnen floreren, hoeveel zuurstof er ook aanwezig is.
