细菌和类细菌的古生菌都能在极具挑战性的环境下生存。毫无疑问，在进化过程中，它们的自然增长得益于对环境的适应。生存技巧可以是物理性的，也可以是生化性的。比如说，细菌的运动能力就是逃避危险的绝佳方式。除鞭毛可帮助细菌在充满水的环境里游动以外，有的细菌还可在物体表面滑行，还有些细菌进行激烈颤动，以此来推动自身前行。某些菌种发展出坚不可摧的外壳，就是所谓的内生孢子。其他菌种利用生物化学反应以拮抗酸、碱、盐、高温或者低温以及压力的作用而生存。

许多细菌利用修饰过的蛋白英膜来保护自身。细胞构建出长长的戮性脂多糖，这是结合有脂类化合物的多糖类（糖链），其会伸展到细胞周围。细菌以自然界中罕见的糖类来制造这种附属物，即O抗原。结果，捕食细菌的原生动物就认不出这可能的大餐，就那么游过，去寻找“真正”的细菌了。古细菌似乎会成为地球最后的幸存者，因为它们栖居在极端的环境下。古细菌和细菌都属于原核细胞生物，原核细胞是生物学里两种主要的细胞类型之一。另一种细胞就是更为复杂的真核细胞，藻类、原生动物、植物和动物都是真核细胞生物。由于古细菌能够栖息在绝大多数陆生动物和植物无法生存的极端环境，所以古细菌有时候就被认为是“嗜极生物”的同义词。生活在沸腾温泉里的古细菌，其外膜包括由30个或者更多的碳原子构成的类脂（类似脂肪）分子，比大多数天然的脂肪化合物都要长。这些类脂分子和连结它们的醚键，使外膜在极端高温下也很稳定。新闻报道里经常说，在海底烟柱的火山口、超过3600米的强压之下，发现了新细菌。这些滚烫的火山口，涌出近250℃的气体，释放出酸，还有着极高的压强，任何生物生活在那里确实都是条新闻。生活在海底黑烟柱附近的生物通常是古细菌，不是细菌；生活在高盐浓度环境—比如说盐湖—下的生物，也是古细菌；它们也会生活在完全缺乏氧气的环境里，比如说地下沉积物中。由于许多古细菌很难捕获，把它们转移到实验室的条件下培养也很困难，因此对于它们的研究要落后于细菌。

有些古细菌得天独厚的生活环境，也有细菌存活着。被名副其实地命名为极地单胞菌（Polaromonas）的细菌，生活在南极海冰上，这里的温度范围在-12℃至40℃，其新陈代谢速率缓慢，每7天才繁殖一次。相比之下，在实验室中的大肠杆菌，每20分钟就分裂一次。极地单胞菌是嗜冷生物，或者说就是喜欢低温。水生栖热菌（T12ermusaquaticus）却正好相反，是嗜热生物，它通过合成耐热的酶类进行新陈代谢，得以在77℃高温的温泉里茁壮生长。在4℃至54℃这样温和舒适的环境里生存的嗜温菌，在高温环境下，酶分子会去折叠，从而失去所有的活性。嗜温菌包括栖息在动物、植物、大部分土壤、浅水区、食物表面或者内部的细菌。生活在嗜温菌不能耐受的极端恶劣的环境里的细菌，就是地球上的嗜极微生物。

盐球菌属（Halococcus），一种嗜盐菌，拥有一种膜结合的泵，能不断排出盐，因此细胞能在像大盐湖或者盐矿这样高盐的环境里生存。嗜压细菌抗得住水里强大的流体静压，在3800米深的大西洋底，它们无情地腐蚀着泰坦尼克号。这些嗜压菌的膜内含有不饱和脂肪，相较于其他细菌的膜，它们的内膜具有更好的流动性。其链状脂肪上的碳原子之间，有些是双键，不像饱和脂肪，主要都是单键。在深海的压力下，正常的液态的膜会发生改变，变成跟冷藏黄油一样的固态，膜就没用了；而嗜压菌特殊的膜结构能防止出现这样的结果，不让膜失去用处。后面的章节会讨论，为什么红肉动物主要是饱和脂肪，而猪肉和鸡肉的不饱和脂肪要更多一些。

嗜酸菌幽门螺杆菌（Helicobacterpylori）生活在胃里，它们通过分泌能中和周围环境中的酸的化合物，耐受胃中相当于蓄电池酸液、pH值为1甚至更低的环境。即使生活在能灼伤人类皮肤的强酸环境下，嗜酸菌会被一种显微镜下可见的茧状物保护，在这里pH值大约为7。另外的嗜极菌包括嗜碱菌，它们生活在高碱的环境，比如氨水或碱湖中；嗜旱菌生活在无水之地；而抗辐射的细菌在足以于几分钟内杀死一个人的伽马射线下也能存活。比如说．奇异球菌（Deinococcus），利用一种高效的修复系统，能够修复对人来说致死剂量的辐射所引起的DNA分子的损伤。这种系统修复速度极快，可以在奇异球菌下次细胞分裂前就搞定一切。

所有细菌的耐受性，都要归功于其坚固的细胞壁以及细胞壁的主要成分肤聚糖。这种大的多聚物由自然界中其他地方所没有的糖类和肤链（氨基酸链，比蛋白质短，缺少蛋白质的功能）重复连接所构成。

肽聚糖呈网格状，赋予了不同菌种不同的形态特征，从而保护细菌免受物理损伤。细菌的混悬液可以被置于搅拌机中搅动，而不会有损伤。

古细菌也构建由多聚物形成的细胞壁，但成分不是肤聚糖，不过它们的细胞壁能起到同样的保护作用。此外，由于古细菌的细胞壁成分和细菌的有所不同，所以它们能够抵御所有能攻击细菌的抗生素和酶类。这种生存策略，看起来会使古细菌成为对人类特别危险的致病原；然而，事实恰恰相反，没有一种人类疾病是由古细菌引起的。

在显微镜下，细菌就是毫不起眼的灰色的形状集合：球状、杆状、椭圆状、保龄球瓶状、螺旋状，还有飞去来器状。微生物学家用染料给细菌染色，使它们在光学显微镜下更显眼；或者会用到高级的显微技术，比如说暗视野或者相差显微镜。后面这两种方法，都能产生非常好的视野，细菌在暗淡的背景上闪闪发亮。

在细菌生长的时候，细胞壁会抑制细胞的增大，因此细菌的生长不同于多细胞有机体的生长。细菌通过二分裂法，即一个细胞分裂成两个新细胞来生长繁殖。随着细胞数目的增加，有些菌种会排列成串珠状，或者形成葡萄串状。有的细菌会在湿润的表面群集成扁平的薄片状。细菌群集的现象说明，细菌并不总是毫无拘束地游来游去，也不都是浮游，它们是可以形成群落的生物。实际上，细菌群落不仅仅意味着一群细胞。群落里包含信息联结的系统，在这个系统内，相同或者无关的细胞彼此回应，并发生行为改变。这种适应，称为群体感应。

当细胞分泌一系列稳定的、类似于氨基酸的信号分子的时候，群体感应就开始了。分泌出的信号迁移大约1μm，这样相邻的细胞就能够利用其表面特殊的蛋白识别出信号。受体分子被信号分子塞住的时候，细胞就接收到信息：别的细胞靠自己太近了，群体生长得太密集了。于是，蛋白就开启一套基因，诱导细菌改变其行为。不同的菌落类型，以各自的方式改变其行为，然而综观整部细菌学，群落都为细菌提供了一套卓越的生存机制。有的群落丛集在一起，另一些粘附在表面上，还有一些覆满整个池塘的水面，并控制整个池塘的生态系统。