대기 중에 20% 함유되어 있는 산소는 많은 미생물에 절대로 필요한 것이지만 어떤 미생물에게는 독성이 있는 유도체를 유발하기 때문에 필요하지 않은 경우도 있다.
산소는 호기성균에 있어서는 생명선이다. 미생물에 있어서 산소의 필요성은 미생물의 종류에 따라 달라서 에너지를 얻기 위하여 산소를 필요로 하는 것과, 에너지 생성에 산소가 전연 불필요한 것이 있다. 곰팡이와 효모는 일반적으로 생육에 산소를 필요로 하지만 세균 중에는 산소를 필요로 하는 것과 필요로 하지 않는 것도 있다.
미생물의 생육에 필수적으로 산소를 요구하는 균을 편성호기성(aerobes)균이라 하고, 호기성과 달리 산소에 대해서 민감한 분자들을 가지고 있고 또 호흡 시 산소가 낮은 수준일 때만 산소를 이용하는 균을 미호기성(microaerophiles)균이라고 한다. 또 호흡계가 없는 미생물은 산소를 최종 전자수용체로 이용할 수 없는데 이러한 균을 혐기성(anaerobes)균이라 한다. 혐기성 미생물에는 산소를 이용하지 못하지만 내성이 있는 내기혐기성(aerotolerant)균이 있고, 산소를 절대적으로 기피하는 균, 즉 유리산소의 존재가 오히려 생육을 저해하며, 산소가 없는 환경에서만 생육하는 편성혐기성(strict anaerobes)균이 있다. 편성혐기성 균은 산소가 있으면 산소대사 산물의 일부를 해독하는 능력이 없어 사멸된다. 왜냐하면 산소가 환원되면서 과산화수소(H₂O₂), 초과산화물(O₂), 히드록시 라디칼(OH․)등 유해한 산물이 형성된다. 다수의 절대혐기성균(편성혐기성균)들은 플라빈 효소를 많이 가지고 있는데, 이 효소는 산소와 반응하여 이와 같은 유해한 산물을 생성한다. 이와는 반대로 호기성균들은 유해한 산물을 분해하는 효소를 가지고 있지만, 혐기성균들은 이들 효소 전부 혹은 일부를 가지고 있지 않기 때문이다.
호기성균의 생육을 위해서는 많은 양의 공기를 공급해야 한다. 그 이유는 물에 대한 O₂의 용해도가 극히 낮아서 미생물에 의하여 소모된 O₂를 빨리 보충하지 못하기 때문이다. 미생물을 배양할 때는 강제적인 통기를 해주어야 한다. 강제적 통기방법으로는 플라스크나 시험관을 진탕기를 이용하여 강하게 진탕하거나, 미세한 유리관이나 다공성 유리판을 통해 살균된 공기를 배지 속으로 불어넣어 준다. 일반적으로 호기성균은 단순한 O₂의 확산에서보다 강제 통기법으로 O₂를 공급할 때 더 잘 생육한다.
혐기성균을 배양하려면 O₂를 공급하는 것이 아니라, 제거하여야 한다. O₂는 공기 중에 항상 존재하기 때문에 혐기성균을 배양하기 위해서는 특별한 방법이 필요하다. 절대혐기성균의 O₂에 대한 내성이 일정하지 않기 때문에 배지로부터 O₂를 제거하는 여러 가지 방법이 있다. 이 중 어떤 것은 내성이 약한 미생물에 대하여 간단하면서 적합하고, 어떤 것은 절대혐기성균의 생육에 필요하지만 복잡하다. 병이나 시험관에 배지를 완전히 채우고 뚜껑으로 덮어서 배양기로 이용하면 O₂에 대한 내성이 약간 있는 혐기성 세균을 배양할 수 있다.
