微生物是自然界中分布最廣泛、數量龐大的生物群體。陸地、水域、空氣、動植物和地球上任何物體的內外均有它們的存在，這是它們的生物學特性所決定的。首先，它們的形體微小，易於通過各種介質，如空氣、水和包括所有動物在內的各種運動體傳播。尤其是它的休眠體或繁殖體，如細菌的芽孢和真菌的各種孢子，形體更小，水分含量少，抵抗力強，更適合於微生物在自然界的傳播。隨著交通運載工具的廣泛使用和速度的提高，人類交往的機會在增加，微生物傳播的速度也在加快，分布的區域更廣泛。其次，微生物的營養種類多，適應能力強，並且能夠以各種物質為基質，在不同的環境中生長、繁衍。由於上述特性，使微生物廣泛地分布於自然界中。
一、土壤中的微生物
（一）土壤的環境特點
土壤是微生物的天然培養基，它含有微生物所需的營養成分。土壤是自然界中各種微生物的棲息場所及葬身之地。在它們的生命運動中產生的排泄物以及它們死亡後的殘體，最後都溶入大地，使得土壤中存在著微生物所必需的碳水化合物、氨鹽、有機氮化物和脂類等物質。
土壤的pH一般在3.5～10.0範圍內，適於絕大多數微生物的生長。由於腐殖質土層的覆蓋和水分的緩衝作用，使土壤具有良好的吸熱、抗輻射和保溫能力，溫度基本穩定在適合微生物生長的範圍內。
上述各種土壤環境因子為微生物的棲息、生長和繁殖提供了有利條件，土壤也因此成為自然界三大環境區域中，微生物存在種類最多、數量最大的區域。而水域和空氣中的微生物均來自土壤，並隨著土壤生物的變化而變化。
（二）土壤中微生物的種類和分布
由於土壤中有豐富的有機物質和無機鹽、充足適合的水分和空氣條件，所以土壤中微生物的種類最多、數量最大。在一般條件下，以細菌的種類和數量為最多，占據土壤微生物總數量的70%～90%；其次是放線菌，真菌居於第三位，藻類和原生動物最少。土壤中細菌、放線菌和黴菌的數量雖然相差懸殊，但放線菌和黴菌均為絲狀體，每個細胞的長度、直徑和體積及質量均大於細菌。所以，在土壤微生物的總生物量上，三者平分秋色。土壤中微生物的數量大得驚人，實驗數據表明，每克肥沃土壤中含有數億乃至數十億個微生物細胞，即使是貧瘠土壤每克也有幾百萬至幾千萬個微生物的細胞。
土壤中的細菌有自養型和異養型兩類。常見的自養型細菌大多屬於硝化細菌群、硫細菌群以及鐵細菌群的微生物，它們在土壤中的數量少於異養型細菌。異養型菌中包括好氧、厭氧和兼性厭氧菌，在分類上多屬於腐生的球狀菌群、需氧性的芽孢杆菌、厭氧性的芽孢杆菌和不產氣的芽孢杆菌。細菌生長的最適pH為中性偏堿，且喜濕，所以它們更多地存在於堿性土壤，而且在土壤中的垂直分布要深於放線菌和真菌。土壤中的放線菌種類很多，在分類上屬於諾卡氏菌屬、鏈黴菌屬和小單位孢菌屬的微生物。放線菌同細菌一樣，適合在中性偏堿的pH條件下生存。與細菌不同的是放線菌更適於在不太潮濕的環境中生長，所以它們在土壤中的分布深度要淺於同一地區的細菌。真菌中的黴菌是土壤微生物的另一大類群，黴菌的最適生長pH是重型偏酸，同放線菌一樣喜愛在不太潮濕的環境中生長，所以黴菌多見於富含腐殖質的酸性土壤中，且分布的深度要淺於同一地域的細菌。
土壤表麵，由於易受日光輻射，水分少，微生物的種類和數量比較少。一般情況下，微生物多集中於10～20cm深處的表層土壤中，並且按照對酸堿的偏愛程度、喜濕性和呼吸類型有層次地分布。此外，土壤中微生物的種類和數量還與季節有關，並受到同一地域生長的其他生物種類和數量的影響。
二、水中的微生物
水是微生物的營養成分之一，也是生物所需的其他營養物質的載體或溶劑。對於微生物而言，水又可以是它生存的環境基質。自然水體是土壤的鄰居，土壤是水域微生物營養物的來源。流經土壤而彙集於江、河、湖、海的水中，含有土壤中的微生物、礦物質及各種有機物；而水與空氣易流動這一自然屬性又為水中充入了相當數量的氧氣；另外，較大的比熱容又使得自然水體對氣溫的變化具有一定的緩衝作用。這一切使得營養種類多、適應性強、易於傳播的微生物遍布於水域中，甚至在一些特殊的水體，如高溫的死海、高熱的溫泉中都有它們的蹤跡。
（一）淡水水域微生物的種類及分布
海洋的水蒸發後，最終以雨水的形式落在陸地，除一部分滲入地下外，其餘的水流經土壤彙集起來，進入江、河、湖泊和水庫等構成了自然界的淡水區域。淡水水域多接近陸地，所以淡水中的微生物大多來源於土壤、空氣和人類活動所產生的汙水以及動植物的屍體。也就是說，淡水水域的微生物，基本反映了水域附近土壤的微生物種類和土壤的特征。這些來自土壤的微生物，除了某些好氧和喜幹的種類不適應水體環境而在數天後死亡外，相當一部分則成為水體微生物的成員。它們當中有土壤中的厭氧、兼性厭氧的腐生菌，如變形杆菌、芽孢杆菌等。除此之外，淡水中的微生物還包括適應淡水環境的自然菌群，與食品相關的有假單胞屬、產堿杆菌屬、黃杆菌屬和無色杆菌屬等所組成的一群革蘭氏陰性菌。