通过对微生物细胞化学组成和代谢产物的化学成分分析，我们可以大致地看出微生物在生长繁殖过程中所需要的营养物质。这些营养物一般包括碳素化合物、氮素化合物、无机盐类、维生素和水分等。下面分别介绍。
一、碳源 
  凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的物质称为碳源。它的作用有两点： 
①提供细胞物质中的碳素来源 。 
②提供微生物生长繁殖过程中所需要的能量。 
   正因为碳素有双重作用，所以在微生物的营养需要中，对碳的需要量最大。 
   碳源的种类很多，从简单的无机碳化合物，如CO2，到复杂的有机碳化合物，如糖类、醇类、有机酸、蛋白质及其分解产物、脂肪和烃类等，都可以被不同的微生物所利用。大多数微生物是以有机碳化合物作为碳源和能源，而糖类则是最好的碳源，特别是葡萄糖。有些微生物能利用烃类化合物如石油作为碳源；有些微生物能分解许多极毒物质，如氰化物、酚等，它们正被人类用来消除“三废 ”；有些微生物能利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要的碳源 。在生产实践中，发酵工业所需要 的碳素原料主要是 山芋粉、玉米粉、麸皮、废糖蜜、野生植物淀粉等。为了节约粮食、物尽其用、化废为宝，已经开展利用豆腐水、发酵废液、酱渣、酒糟、石油等作为微生物碳源 的研究，有些已取得了显著的成绩。 
 二、氮源 
    凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素来源的物质，称为氮源。氮源的主要功能是提供合成细胞物质和代谢产物中的氮素来源，一般不作为能量提供，但硝化细菌是利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源的。 
    氮源的范围很广。无机氮源如铵盐、硝酸盐、氮气等，有机氮源如蛋 白质及各种分解产物、尿素、嘌呤碱、嘧啶碱等。在生产实践中，常用作氮源的有鱼粉、蚕蛹粉、各种饼粉、玉米浆等；在实验室中，常用蛋 白胨、牛肉膏、酵母浸出汁等。一般地说，蛋白质不是微生物的良好氮源，因为蛋 白质必须首先经过菌体的胞外酶水解后才能被利用。 
    微生物利用氮源的能力表现出很大的差异。大多数微生物只能利用铵盐、其他含氮盐、有机含氮化合物作为氮源，而有些少数固氮微生物则能利用分子态氮作为氮源合成自己的氨基酸、蛋 白质。这就是生物固氮作用。