Căn cứ vào nguồn carbon và nguồn năng lượng: người ta chia vi khuẩn thành các kiểu dinh dưỡng sau:
Tự dưỡng
Tự dưỡng quang năng: Nguồn C là CO2, nguồn năng lượng là ánh sáng.
Tự dưỡng hoá năng: Nguồn C là CO2, nguồn năng lượng là một số hợp chất vô cơ đơn giản.
Dị dưỡng
Vi khuẩn đòi hỏi một phần hoặc toàn bộ nguồn dinh dưỡng phải là chất hữu cơ có sẵn: hydrate carbon (đường, tinh bột, cellulose ,...). Còn nguồn N là các acid amine, yếu tố phát triển hoặc sinh trưởng là các vitamine, hoặc các chất chuyển hóa.
Dị dưỡng quang năng: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là ánh sáng. Ví dụ: ở vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía.
Dị dưỡng hoá năng: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là từ sự chuyển hoá trao đổi chất của chất nguyên sinh của một cơ thể khác.
Dị dưỡng hoại sinh: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là từ sự trao đổi chất của chất nguyên sinh các xác hữu cơ.
Dị dưỡng kí sinh: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là lấy từ các tổ chức hoặc dịch thể của một cơ thể sống. Ví dụ vi sinh vật gây bệnh cho con người, thực vật, động vật. Loại này chỉ phát triển được trên cơ thể sống.
Như vậy là tùy từng nhóm vi sinh vật mà nguồn carbon được cung cấp có thể là chất hữu cơ hoặc chất vô cơ. Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thu các nguồn thức ăn carbon khác nhau phụ thuộc vào hai yếu tố: một là thành phần hoá học và tính chất sinh lý của nguồn thức ăn này, hai là đặc điểm sinh lý của từng loại vi sinh vật. Trên trái đất này không có một hợp chất hữu cơ nào mà không bị vi sinh vật này hay vi sinh vật khác phân giải, hay nói cách khác không có hợp chất hữu cơ nào bền vững tuyệt đối với vi sinh vật. Có những loại vi sinh vật có thể đồng hoá được các hợp chất rất bền như cao su, chất dẻo, dầu mỏ, parafin, khí thiên nhiên. Ngay focmon là chất diệt khuẩn cực mạnh nhưng có nhóm nấm sợi sử dụng chúng làm thức ăn.
Nhiều chất hữu cơ vì không tan được trong nước hoặc vì có khối lượng phân tử quá lớn cho nên trước khi hấp thụ vi sinh vật phải tiết ra enzyme thủy phân (amylase, cellulose, proteinase,...) để chuyển chúng thành các hợp chất dễ hấp thụ (đường, acid amine, acid béo,...).
Người ta thường sử dụng đường để làm thức ăn carbon cho vi sinh vật dị dưỡng. Chú ý rằng đường đơn khi ở nhiệt độ cao có thể chuyển hoá thành những hợp chất có màu tối gọi là đường cháy, khó hấp thụ. Trong môi trường kiềm, sau khi khử trùng đường còn dễ bị acid hoá làm thay đổi pH môi trường. Để tránh hiện tượng này khi hấp khử trùng môi trường đường người ta thường hấp ở áp lực 0,5atm (112,50C) và duy trì trong 30 phút. Với các loại đường đơn, tốt nhất là nên sử dụng phương pháp hấp gián đoạn, hoặc dùng các nến lọc hay màng lọc vi khuẩn.
Khi chế tạo môi trường chứa tinh bột, trước hết phải hồ hoá tinh bột ở 60-700C, sau đó đun sôi rồi mới đưa đi hấp cao áp.
Cellulose được đưa vào các môi trường nuôi cấy vi sinh vật phân giải cellulose dưới dạng giấy lọc, bông hoặc các bột cellulo.
Khi sử dụng lipid, parafin, dầu mỏ,... để làm nguồn carbon nuôi cấy một số loại vi sinh vật, phải thông khí mạnh để cho từng giọt nhỏ có thể tiếp xúc được với thành tế bào vi sinh vật.
Nồng độ đường để nuôi cấy các loại vi sinh vật khác nhau là không giống nhau, với vi khuẩn, xạ khuẩn thì dùng 0,05-0,2 % đường còn với nấm men thì dùng 3-10% đường.
Hầu hết vi sinh vật chỉ đồng hoá được đường ở dạng đồng phân D, và phần lớn đồng phân của đường đơn trong tự nhiên là dạng D chứ không phải dạng L.
Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N cũng có thể sử dụng làm vừa làm nguồn C vừa làm nguồn N cho vi sinh vật (pepton, nước thịt, nước chiết nấm men, nước chiết giá đậu, nước chiết ngô,...).
Phạm vi đồng hoá các nguồn thức ăn carbon của từng loài vi sinh vật cụ thể rất khác nhau. Có thực nghiệm cho thấy vi khuẩn Pseudomonas cepacia có thể đồng hoá trên 90% loại nguồn thức ăn carbon, trong khi đó các loại vi khuẩn sinh mêtan chỉ có thể đồng hoá được CO2 và vài hợp chất chứa 1 hoặc hai carbon mà thôi.
Với các vi sinh vật dị dưỡng nguồn thức ăn carbon làm cả hai chức năng: nguồn dinh dưỡng và nguồn năng lượng.
Một số vi khuẩn dị dưỡng, nhất là các vi khuẩn gây bệnh, sống trong máu, trong các tổ chức hoặc trong ruột người và động vật muốn sinh trưởng được, ngoài cabon hữu cơ cần phải được cung cấp một lượng nhỏ CO2 thì mới phát triển đựơc.
Trong công nghiệp lên men, nguồn rỉ đường là nguồn carbon rẻ tiền và rất thích hợp sử dụng đối với nhiều loại vi sinh vật khác nhau.