确定微生物需要什么样的营养物质，主要的依据是分析微生物细胞的化学组成和它的代谢产物的化学成分。
根据对各类微生物细胞物质成分的分析，发现微生物细胞的化学组成和其他生物没有本质上的差别。从元素上讲，都含有碳、氢、氧、氮和各种矿质元素。见下表1：
表1 微生物细胞的主要元素成分
元素 占干物重比例（%）
碳 50
氧 20
氮 14
氢 8
磷 3
硫 1
钾 1
钠 1
钙 0.5
镁 0.5
铝 0.5
铁 0.2
（根据大肠杆菌的数据）
从化合物水平上讲，微生物细胞中都含有水分、糖类、蛋 白质、核酸、脂质、维生素和 无机盐等物质。微生物细胞中主要的物质含量如表所示。
1、水分
各类微生物细胞中都含有大量水分，它是细胞的主要组成成分，一般含量可高达70%—90% 。含水量随着微生物种类的不同而有所差异。细菌含水量为鲜重的75%—85% ，酵母菌为70%—80%，霉菌为85%—95%。
细菌的芽孢和霉菌的各种孢子含水量较少。细菌芽孢含水量约为 40%，霉菌孢子约含38% 的水。
同种微生物随着周围环境和培养时间的变化，含水量也不尽相同，如酵母菌在20摄氏度生长，含水量为91.2%；在43摄氏度生长，含水量降为 74%。
在微生物细胞内，一部分水以结合水状态存在。这部分水不易挥发，不冻结，不能作为溶剂，也不能渗透，一般约占总水量的17%—28%。另一部分水以游离态存在。芽孢内的结合水含量比营养体多，约占芽孢总水量的50%—70%。这可能是芽孢对外界不良环境具有较强抵抗力的原因之一。
2、糖类
微生物细胞中糖类有单糖、双糖和多糖，主要以多糖形式存在。单糖主要是己糖和戊糖。己糖是组成双糖或多糖的基本单位，戊糖是核糖的组成成分。多糖有荚膜多糖、纤维素、半纤维素、淀粉和糖原等不同种类 。它们有的组成细胞结构，如细胞壁；有的作为细胞贮藏物质，存在于细胞质中，如淀粉粒。
3、蛋白质
蛋白质是细胞干物质的主要成分，分布在细胞壁（肽聚糖 ）、细胞膜（膜蛋白）、细胞质、细胞核等细胞结构中，在干物质中含量可高达80%。
微生物体内的蛋白质可分两类：简单蛋白质和结合蛋白质。简单蛋白质包括球蛋白和清蛋白。结合蛋白质包括核蛋白、糖蛋白、脂蛋白等。在微生物细胞中，核蛋白含量特别高，可占蛋白质总量的1/3—1/2。
4、核酸
核酸有两种：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。 主要存在于细胞质中，除少量以游离态存在外，大多与蛋白质结合，以核蛋白的形式存在。它的主要功能是为合成蛋白质提供模板、运输工具和合成场所。含RNA的某些病毒和亚病毒，它们的感染力和遗传信息即由RNA所决定。DNA主要存在于细胞核中，也有少量以质粒形式存在于细胞质中。它是生物遗传变异的物质基础，起着传递遗传变异信息的作用。
细菌和酵母菌细胞中核酸的含量较霉菌高。在同一种微生中，RNA的含量常随着生长时期的变化而变化，而DNA的含量则是恒定的；DNA的碱基对顺序、数量和比例通常是不变的，不受菌龄和一般外界因素的影响。因而用DNA碱基比例或 G+C的物质的量分数作为分类鉴定的指标，已在某些细菌和酵母菌的分类中得到应用。
5、脂质
脂质物质包括脂肪、磷脂、蜡和 固醇等。脂质在细胞中或以游离状态存在，或与蛋白质等结合。它们存在于细胞壁、细胞膜、细胞质中，如某些微生物的细胞壁含有蜡质；磷脂和蛋白质结合，是细胞膜的组成成分；脂肪常以油滴状出现在细胞质中，作为贮藏物质；固醇在酵母细胞内含量较多，因它是维生素D的前体，故常用来生产维生素D。
微生物细胞内脂肪含量 因种和培养条件不同而相差很大，如产脂内孢霉、产脂球拟酵母和红酵母细胞中脂肪含量高达50%或更多。另外，含糖量高的培养基能促进脂肪累积。
6、维生素
有些微生物细胞内还含有数量不等、种类不同的维生素，如阿舒假囊酵母和棉阿舒囊霉细胞内含有较多的核黄素；丙酸杆菌属和放线菌菌丝体中含有较多的维生素B12。
7、抗生素
在目前研制和生产的8000多种抗生素中，约有70%是由微生物产生的，而其中又以放线菌最为突出。
8、无机盐类
无机元素约占细胞干重的10%，包括磷、硫、镁、铁、钾和钠等。一般以磷的含量为最高，约占全部灰分的40%。但在硫细菌中含有较高量的硫，铁细菌中含铁丰富。这些无机元素在细胞中除少数以游离状态存在外，大部分都以无机盐形式存在或结合于有机物质中。
除上述一些主要物质外，有些微生物细胞中还含有色素、毒素等。
