微生物生长所需要的营养物质主要是以的有机物和无机物的形式提供的，小部分由气体物质供给。微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为：碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大类。
1、 碳源
在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质称为碳源(source of carbon)。
从简单的无机含碳化合物如CO2和碳酸盐到各种各样的天然有机化合物都可以作为微生物的碳源，但不同 的微生物利用含碳物质具有选择性，利用能力有差异。
碳源的生理作用主要有：碳源物质通过复杂的化学变化来构成微生物自身的细胞物质和代谢产物；同时 多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动的能量，但有些以又CO2为唯一或主 要碳源的微生物生长所需的能源则不是来自CO2。
2、 氮源
凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢产物中氮素来源的营养物质通称为氮源(source of nitrogen)物质。
能被微生物所利用的氮源物质有蛋白质及其各类降解产物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤 、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。
氮源物质常被微生物用来合成细胞中含氮物质，少数情况下可作能源物质，如某些厌氧微生物在厌氧条 件下可利用某些氨基酸作为能源。
微生物对氮源的利用具有选择性，如玉米浆相对于豆饼粉，NH4＋相对于NO3-为速效氮源。铵盐作为氮源 时会导致培养基pH值下降，称为生理酸性盐，而以硝酸盐作为氮源时培养基pH值会升高，称为生理碱性 盐。
3、 无机盐
无机盐(inorganic salt)是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们在机体中的生理功能主要是作为 酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细 胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。
微生物生长所需的无机盐一般有磷酸盐、硫酸盐、氯化物以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化 合物。
在微生物的生长过程中还需要一些微量元素，微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机 体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在10-6-10-8mol/L(培养基中含量)。微量元素一般 参与酶的组成或使酶活化。
如果微生物在生长过程中缺乏微量元素，会导致细胞生理活性降低甚至停止生长。由于不同微生物对营 养物质的需求不尽相同，微量元素这个概念也是相对的。微量元素通常混杂在天然有机营养物、无机化 学试剂、自来水、蒸馏水、普通玻璃器皿中，如果没有特殊原因，在配制培养基时没有必要另外加入微 量元素。值得注意的是，许多微量元素是重金属，如果它们过量，就会对机体产生毒害作用，而且单独 一种微量元素过量产生的毒害作用更大，因此有必要将培养基中微量元素的量控制在正常范围内，并注 意各种微量元素之间保持恰当比例。
4、 生长因子
生长因子(growth actor)通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成 量不足以满足机体生长需要的有机化合物。
根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同，可将生长因子分为维生素(vitamin)、氨基 酸与嘌呤与嘧啶三大类。维生素在机体中所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；有些微 生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类 物质，微生物才能正常生长；嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅 基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。
5、水
水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有：
起到溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成；
参与细胞内一系列化学反应；
维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；
因为水的比热高，是热的良好导体，能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散发出体外， 从而有效地控制细胞内温度的变化；
保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素；
微生物通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒的组装与解离 。