Trong các môi trường tự nhiên, vi sinh vật có mặt ở khắp nơi, trong các môi trường và điều kiện sinh thái rất đa dạng:
- Trong đất: vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm, tảo, động vật nguyên sinh,…
- Trong nước: vi khuẩn suối nước nóng, vi khuẩn lưu huỳnh,...
- Vi sinh vật sống bám, kí sinh, cộng sinh, hợp tác trên cơ thể người, động vật và thực vật.