各類細菌對營養物質的要求差別很大。包括水、碳源、氮源、無機鹽和生長因子等。其主要營養元素及其生理功能見表1.

1.水：細菌濕重的80～90%為水。細菌代謝過程中所有的化學反應、營養的吸收和滲透、分泌、排泄均需有水才能進行。

2.碳源：各種無機或有機的含碳化合物（CO2、碳酸鹽、糖、脂肪等）都能被細菌吸收利用，作為合成菌體所必需的原料，同時也作為細菌代謝的主要能量來源。致病性細菌主要從糖類中獲得碳，己糖是組成細菌內多糖的基本成分，戊糖參與細菌核酸組成。

3.氮源：從分子態氮到夏雜的含氮化合物都可被不同的細菌利用。但多數病原菌是利用有機氮化物如氨基酸、蛋白胨作為氮源。少數細菌（如固氮菌）能以空氣中的游離氮或無機氮如硝酸鹽、銨鹽等為氮源，主要用于合成菌體細胞質及其他結構成分。

4.無機鹽：鉀、鈉、鈣、鎂、硫、磷、鐵、錳、鋅、鈷、銅、鉬等是細菌生長代謝中所需的無機鹽成份。除磷、鉀、鈉、鎂、硫、鐵需要量較多外，其他只需微量。各類無機鹽的作用為：①構成菌體成份；②調節菌體內外滲透壓；③促進酶的活性或作為某些輔酶組分；④某些元素素與細菌的生長繁殖及致病作用密切相關。如白喉桿菌產毒株其毒素產量明顯受培養基中鐵含量的影響。培養基中鐵濃度降至7mg/L時，可顯著增加毒素的產量，故在培養產毒株白喉桿菌PW2制備類毒素的生產中，多采用含鐵很少的培養基，其毒素產量可達細菌產生蛋白量的5%以上，約占細菌外分泌總蛋白的75%以上，使培養基含毒素量達500ug/L研究認為低鐵可影響細胞壁的通透性，利于毒素釋放。亦有人認為宿主含鐵蛋白可抑制白喉毒素基因，故低鐵時可導致白喉毒素產量增高。

5.生長因子：很多細菌在其生長過程中還必需一些自身不能合成的化合物質，稱為生長因子（Growth factor）。生長因子必須從外界得以補充，其中包括維生素、某些氨基酸、脂類、嘌呤、嘧啶等。

各種細菌對生長因子的要求不同，如大腸桿菌很少需要生長因子，而有些細菌如肺炎球菌則需要胱氨酸、谷氨酸、色氨酸、天冬酰胺、核黃素、腺嘌呤、尿嘧啶、泛酸、膽堿等多種生長因子。致病菌合成能力差，生長繁殖過程必需供復雜的營養物質以使其獲得相應的生長因子。有些生長因子僅為少數細菌所需，如流行性感冒桿菌需V、X兩種因子，而金黃色葡萄球菌生長過程可合成較多的V因子。