Nghiên cứu của interrelationships giữa các vi sinh vật và môi trường sống và nonliving. Quần thể vi khuẩn có thể chịu đựng được và phát triển theo thay đổi điều kiện môi trường, bao gồm cả môi trường sống với điều kiện môi trường khắc nghiệt như suối nóng, muối hồ, và biển sâu nhiệt lỗ thông hơi. Một số vi sinh vật, được gọi là extremophiles, phát triển chỉ trong điều kiện thường được coi là thù địch với cuộc sống. Archaebacteria (vi khuẩn cổ) có nhiều extremophiles mà phát triển ở nhiệt độ cao, cao salinities và độ pH thấp. Sự hiểu biết các yếu tố môi trường kiểm soát vi khuẩn tăng trưởng và sự sống còn cung cấp cái nhìn sâu sắc vào việc phân phối các vi sinh vật trong tự nhiên, và nhiều nghiên cứu trong sinh thái vi sinh vật có liên quan với kiểm tra các tính năng thích nghi cho phép đặc biệt loài vi khuẩn hoạt động đặc biệt môi trường sống.