微生物吸收培養基中的營養物質後，利用自身的酶在一定的溫度等條件下，將營養物質轉化為自身組分以生長，轉化為能量以滿足生命活動的需要，轉化為其他有機化合物以積累代謝產物。微生物吸收營養物質後，對營養物質的轉化過程稱為微生物的代謝。在微生物細胞內，營養物質首先被分解為小分子化合物，這些小分子化合物再被利用合成細胞的組成成分或者積累代謝產物。營養物質被分解為低分子物質同時產生能量的過程稱為分解代謝，由分解代謝產生的小分子化合物合成細胞組成成分或代謝產物的過程稱為合成代謝。
一、分解代謝
微生物所必需的六大類營養素吸收進入細胞後，因為水、生長因子、無機鹽是小分子化合物，可以直接被微生物利用，而無需通過分解代謝。碳源、氮源是大分子物質需要先經過分解代謝途徑才能被微生物吸收和利用，對於大部分的微生物來說，碳源即是能源。
（一）碳源的代謝
微生物的碳源主要是指糖類，糖類又稱為碳水化合物，按照其分子大小的不同，可分為多糖、低聚糖、單糖。糖類中隻有單糖可以被微生物直接吸收進入細胞內。部分的多糖分子體積可以大到微生物體積的數倍或者數十倍，因此微生物不能直接將其吸收。
1.多糖降解
微生物不能直接吸收多糖，為對培養基中的多糖進行吸收，微生物首先分泌出各種糖類水解酶，如各種澱粉酶、纖維素酶、果膠酶等等，這些酶在微生物細胞外將多糖徹底分解為單糖，即葡萄糖，葡萄糖通過促進擴散或者主動運輸的方式進入細胞內。
微生物對多糖的降解吸收需要細胞自身分泌的水解酶，很多微生物如大部分的酵母、細菌、放線菌不能分泌這類型的水解酶，因此不能對多糖進行吸收，必須在培養基中添加單糖或者低聚糖作為碳源。
2．葡萄糖在細胞內的分解代謝
葡萄糖進入細胞後，可通過多種途徑進行降解，因微生物種類不同，降解的途徑也不一樣。大部分微生物對葡萄糖的分解是通過糖酵解途徑和戊糖磷酸途徑完成的，部分存在糖酵解缺陷的細菌可通過KDPG途徑來分解葡萄糖。
（1）糖酵解途徑糖酵解途徑又稱EMP途徑，該途徑包括10個轉化步驟，每一個步驟都是在相應的酶催化作用下完成。該途徑最終將葡萄糖降解為2分子丙酮酸、2分子NADH和2分子ATP。降解的總反應式如下：
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP+2H2O
糖酵解途徑的10個轉化步驟中，含有大量的中間化合物，這些中間化合物在細胞合成代謝或者積累代謝產物需要的情況下，可轉化為其他的化學物質。果糖、半乳糖、甘露糖等單糖的代謝可經過一定的轉化後進入到EMP途徑中進行分解代謝，從而為微生物所吸收。
在細胞內進行的任何一個轉化反應的任何一個步驟都是在自身相對應的酶作用下進行。酶的催化作用受到溫度、pH等眾多因素的影響，之所以要為微生物的生長提供必需的生長條件，實際上是為了促成細胞內的各種代謝反應。
（2）戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑又稱HMP途徑，葡萄糖經過8個轉化步驟後，最終被分解為12分子NADPH、12分子H+、6分子CO2，降解的總反應式如下：
葡萄糖→12NADPH+12H++6CO2
該過程與EMP途徑不同的是，參加降解反應的是6分子的葡萄糖，徹底地完全轉化後，重新合成5分子葡萄糖，並使1分子葡萄糖得到徹底氧化而得到6分子的CO2、12分子的NADPH、12分子的H+。因此按照轉化過程進行的反應式一般表述為：
6葡萄糖+12NADP++6H2O→5葡萄糖+12NADPH+12H++6CO2
HMP途徑在轉化過程中涉及3～7碳化合物，即在轉化中，葡萄糖轉化為3～7碳化合物，同時3～7碳化合物又在相關的酶作用下合成葡萄糖，這是一個分解反應和合成反應綜合在一起的反應體係。過程中的3～7碳化合物可以為微生物的合成代謝提供原料，同時外界環境的3～7碳化合物也可以通過這個途徑被微生物分解利用。
（3）KDPG途徑KDPG途徑即為2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸途徑，又稱ED途徑。葡萄糖經過4步驟反應後，被分解為2分子丙酮酸，同時獲得1分子ATP、1分子NADPH、1分子NADH、2分子H+。總轉化方程式為：
C6H12O6+ADP+Pi+NADP++NAD+→2丙酮酸+ATP+2H++NADPH+NADH
KDPG途徑是少數EMP途徑不完整的細菌所特有的利用葡萄糖的替代途徑。它的特點是能快速地得到2分子的丙酮酸，但是該途徑產能效率較低。
（二）能源的代謝
在實驗室和生產上，幾乎所有的微生物都是化能異養型微生物，即碳源是其生長所需能量的來源。微生物在分解代謝和合成代謝過程中，都需要大量的能量。這些能量必須以ATP的形式存在，微生物隻有將能源轉化為ATP才能被細胞所利用。
在碳源的分解代謝過程中，可以產生一定量的ATP，但這些ATP還不足以滿足微生物生長繁殖的需要。微生物利用含碳物質獲得能量的主要方式是通過三羧酸循環將含碳物質徹底氧化為CO2和H2O，在該過程中，細胞內的ADP吸收產生的能量生成ATP。三羧酸循環簡稱為TCA循環，其總反應式為：