自然界中存在某些微生物，它們能以二氧化碳為主要碳源，以無機含氮化合物為氮源，合成細胞物質，并通過氧化外界無機物獲得生長所需要的能量。這些微生物進行的營養方式稱為化能合成作用。例如硝化細菌、硫細菌、鐵細菌、氫細菌等。這些微生物的活動，對維持地球上物質循環的平衡以及對凈化環境具有重要作用。例如，土壤中硝化細菌的活動，可提高土壤肥力，增加植物可利用的氮素營養。利用硫細菌可降低土壤pH值，提高土壤礦質鹽的可溶性，從而改善作物的礦質營養。利用某些自養微生物的化能合成作用，可在貧礦尾礦中進行細菌浸礦。還可利用氫細菌進行單細胞蛋白生產，其最大優點在于原料取之不盡。但某些菌亦可造成對人類的危害，例如對金屬的腐蝕等。