温度作用于微生物时，大致可分为“嗜热微生物”、“嗜冷微生物”和“嗜温微生物”。
嗜热微生物简称嗜热菌，主要为嗜热细菌。广泛分布于草堆、厩肥、煤堆、温泉、火山 地、地热区土壤以及海底火山口附近。
嗜热微生物是指最适宜生长温度在45℃以上的微生物。嗜热微生物不仅能耐受高温，而且能在高温下生长繁殖，其生存环境需要较高的温度。
嗜热微生物均为
原核生物，即细菌类，且多为
古细菌。主要包括一般嗜热菌(45～60℃)、中等嗜热菌(60～80℃)和极度嗜热菌(>80℃)三类。
嗜冷微生物是一类最低生长温度0 ℃以下，最适生长温度 ≦15 ℃，最高生长温度20℃左右的细菌，一般生长在地球两极，海洋深处。
嗜冷微生物可以分为专性和兼性两类。
专性嗜冷菌适应在低于20℃以下的环境中生活，高于20℃即死亡。有一种专性嗜冷菌，在温度超过22℃时，其蛋白质的合成就会停止。专性嗜冷菌的
细胞膜内含有大量的
不饱和脂肪酸，而且会随温度的降低而增加，从而保证了膜在低温下的流动性，这样，细胞就能在低温下不断从外界环境中吸收营养物质。
兼性嗜冷菌可以在低温下生长，但也可以在20℃以上生长。兼性嗜冷菌能在0 ℃生长，但最适生长温度 20℃~40 ℃。常见于冷水，土壤，冰箱变质腐败的食物中，是影响冰箱中食物变质的的主要微生物类群。
嗜温微生物是最低生长温度10℃左右，最适生长温度 25 ~ 37℃，最高生长温度45℃左右的微生物。常见的大多数微生物，及人类病原菌等都属于嗜温微生物。