除少数自养型菌种如自养链霉菌（Streptomyces autotrophicus）外，绝大多数放线菌属于异养型。异养菌的营养要求差别很大，有的能利用简单化合物，有的却需要复杂的有机化合物。它们能利用不同的碳水化合物，包括糖、淀粉、有机酸、纤维素、半纤维素等作为能源。最好的碳源是葡萄糖、麦芽糖、糊精、淀粉和甘油，而蔗糖、木糖、棉子糖、醇和有机酸次之。有机酸中以醋酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸和苹果酸易于利用，而草酸、酒石酸和马尿酸较难利用。某些放线菌还可利用几丁质、碳氢化合物、丹宁以至橡胶。
氮源以蛋白质、蛋白胨以及某些氨基酸最合适，硝酸盐、铵盐和尿素次之。除诺卡菌外，绝大多数放线菌都能利用酪蛋白，并能液化明胶。
和其他生物一样，放线菌的生长一般都需要K、Mg、Fe、Cu和Ca等金属离子。其中Mg和K对于菌丝生长和抗生素的产生有显著作用。各种抗生素的产生所需的矿物质营养并不完全相同，如弗氏链霉菌（Streptomyces fradiae）产生新霉素时，必需Zn元素，而Mg、Fe、Cu、Al和Mn等不起作用。Co是放线菌产生维生素B12的必备元素，当培养基中含1～2mg/kg的Co时，可提高灰色链霉菌（Streptomyces griseus）的维生素产量三倍，如果培养基中的Co含量高至20～50mg/kg时则产生毒害作用。另外，Co还有促进孢子形成的功能。
大多数放线菌是好气的，只有某些种是微量好气菌和厌气菌，因此，工业化发酵生产抗生素过程中必须保证足够的通气量；温度对放线菌的生长亦有影响，大多数放线菌的最适生长温度为23～37°C，高温放线菌的生长温度为50～65°C，也有许多菌种在20～30°C以下仍生长良好；放线菌菌丝体壁细菌营养体抗干燥能力强，很多菌中在盛有CaCl₂和H₂SO₄的干燥器内能存活一年半左右。
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