任何微生物只能在一定的溫度范圍內生存，在適宜的溫度范圍內微生物能大量生長繁殖。根據微生物對溫度的不同反應可分為嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱（或極端嗜熱）5種類型。它們都有各自的最低、最適和最高生長溫度范圍。

原生動物的最適溫度一般為16～25℃，工業廢水生物處理過程中的原生動物的最適溫度為30℃左右，其最高溫度在37～43℃，少數可在60℃中生存。大多數放線菌的最適溫度為23～27℃，其高溫類型在50～65℃生長良好，有的放線菌在20℃以下的溫度中也可生長。霉菌生長與溫度的關系和放線菌差不多。在實驗室培養放線菌、霉菌和酵母菌多采用的溫度為28～32℃。藻類的最適溫度多數在28～30℃

不同微生物生長溫度的一些典型例子。溫度的變化都會對每種類型微生物的代謝過程產生影響，微生物的生長速率會發生改變，以適應溫度的變化。

微生物能夠最快生長的溫度叫作最適溫度，能夠生長的最低或最高溫度，分別叫作最低溫度和最高溫度。低于最低溫度微生物停止生長，超過最高溫度微生物則會死亡，超過最高溫度基點愈高，微生物死亡愈快。一般無芽孢桿菌在60℃時30min致死，70℃時10～15min死亡，在80～100℃情況下，幾分鐘全部無芽孢微生物都會死亡。芽孢較耐高溫，但各種微生物產生的芽孢耐高溫的程度不同。在100℃情況下，有的幾分鐘內死亡，有的能在沸水內2h也不致死。芽孢比菌體耐高溫的原因可能是芽孢內結合水含量較高。

微生物對低溫抗力較強。低于生長最低溫度一般只能抑制其生長，很少有殺死作用。如酵母菌細胞可在-130℃下經24h不死亡，細菌芽孢和霉菌孢子可在-190℃下存活半年。因此，根據微生物對低溫的抵抗能力，在實踐中常用低溫保存菌種。