微生物虽然个体小，结构简单，但它们具有与高等生物相同的基本生物学特性。微生物种类多、数量大、分布广、繁殖快、代谢能力强，是自然界中其他任何生物不可能比拟的，而且这些特性归根结底是与微生物体积小，结构简单有关。
2.1 代谢活力强
微生物体积小，有极大的表面积/体积比值，因而微生物能与环境之间迅速进行物质交换，吸收营养和排泄废物，而且有最大的代谢速率。从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等生物大几千倍到几万倍。如发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000~10000倍的乳糖；Candida utilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍。
微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好的发挥“活的化工厂”的作用。人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力。
2.2 繁殖快
微生物繁殖速度快，易培养，是其他生物不能比的。如Escherichia coli (大肠埃希氏菌，简称大肠杆菌)，其细胞在合适的生存条件下，每分裂一次的时间是12.5～20.0分。如按20分钟分裂一次计，则每小时分裂3次，每昼夜可分裂72次，后代数为： 4722366500 万亿个（重约 4722吨），48小时为2.2×1043（约等于4000个地球之重）。
事实上，由于种种客观条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，因而在液体培养中，细菌的浓度一般仅能达到每毫升108～109个左右。
微生物的这一特性在发酵工业上具有重要的实践意义，主要体现在它的生产效率高、发酵周期短上。而且大多数微生物都能在常温常压下，利用简单的营养物质生长，并在生长过程中积累代谢产物，不受季节限制，可因地制宜、就地取材，这就为开发微生物资源提供了有利的条件。如生产用做发面鲜酵母的Saccharmyces cerevisiae (酿酒酵母)，其繁殖速度不算太高（2小时分裂1次），但在单罐发酵时，几乎每12小时即可收获1次，每年可“收获”数百次。这是其他任何农作物所不能达到的“复种指数”。这对缓和人类面临的人口增长与食物供应矛盾也有着重大意义。另外微生物繁殖速度快的生物学特性对生物学基本理论的研究也带来了极大的优越性——它使科学研究周期大大缩短、经费减少、效率提高。当然对于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发生霉腐的霉腐微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害。因而需要认真对待。
2.3 种类多、分布广
微生物在自然界是一个十分庞杂的生物类群。迄今为止，我们所知道的微生物约有10万种。它们具有各种生活方式和营养类型，它们中大多数是以有机物为营养物质，还有些是寄生类型。如微生物的生理代谢类型之多，是动、植物所不及的。分解地球上贮量最丰富的初级有机物——天然气、石油、纤维素、木质素的能力，属微生物专有；微生物有着多种产能方式，如细菌光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用、自养细菌的化能合成作用、各种厌氧产能途径；生物固氮作用；合成各种复杂有机物——次生代谢产物的能力；对复杂有机物分子的生物转化能力；分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力；抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境能力；以及独特的繁殖方式——病毒的复制增殖，等等。不同微生物可以有不同的代谢产物，如抗生素、酶类、氨基酸及有机酸等，还可以通过微生物的活动防止公害。自然界的物质循环是由各种微生物参与才得以完成的。
微生物在自然界的分布极为广泛，土壤、水域、大气，几乎到处都有微生物的存在，特别是土壤是微生物的大本营。任意取一把土或一粒土，就是一个微生物世界，其中含有不同种类的微生物。可以这样说，凡是有高等生物存在的地方，就有微生物存在，即使在极端的环境条件如高山、深海、冰川、沙漠等高等生物不能存在的地方，也有微生物存在。
从微生物种类多、分布广这一特性可以看出，微生物的资源是极其丰富的。可是据估计目前人类至多仅开发利用了已发现微生物种类的1%。因此，在生产实践和生物学基本理论问题的研究中，利用微生物的前景是十分广阔的。
2.4 适应性强、易变异
微生物有极其灵活的适应性，这是高等动、植物所无法比拟的。 其原因主要是因为其体积小和面积大，即比表面积大。为了适应多变的环境条件，微生物在其长期的进化过程中就产生了许多灵活的代谢调控机制，并有种类很多的诱导酶（可占细胞蛋白质含量的10%）。
微生物的个体一般都是单细胞、简单多细胞或非细胞的。它们通常都是单倍体，加之它们具有繁殖快、数量多和与外界直接接触等原因，即使其变异频率十分低（一般为10-5～10-10），也可以在短时间内产生大量变异后代。最常见的变异形式是基因突变，它可以涉及到任何形状，诸如形态构造、代谢途径、生理类型以及代谢产物的质或量的变异等。
人们利用微生物易变异的特点进行菌种选育，可以在短时间内获得优良菌种，提高产品质量。这在工业上已有许多成功的例子。但若保存不当，菌种的优良特性易发生退化，这种易变异的特点又是微生物应用中不可忽视的。
由于微生物具有生物的一般特性，又具有其他生物所没有的特点，因而微生物也成为了许多生物学基本问题研究最理想的实验材料。