十九世紀(jì)70年代以后，隨著人們對釀酒、動植物病害、人類疾病的防治和土壤微生物活動等的研究，微生物生理學(xué)逐漸興盛起來。1905年，哈登和楊發(fā)現(xiàn)磷酸鹽對酒精發(fā)酵的作用；1911年，諾伊貝格開始對酒精發(fā)酵作系統(tǒng)研究；20世紀(jì)30年代，生物化學(xué)的進(jìn)展又推動了人們對微生物代謝的研究。
隨后，克勒伊沃和范尼爾等人從比較生物化學(xué)的角度，說明了某些微生物的相互關(guān)系和生理學(xué)問題。1933年，克勒伊沃建立了搖床培養(yǎng)技術(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)代化微生物工業(yè)深層培養(yǎng)的生理研究和應(yīng)用。同時，同位素、電子顯微鏡、超速離心、微量快速生物化學(xué)分析以及生物化學(xué)突變株等技術(shù)的普遍應(yīng)用，也推動了微生物生理學(xué)研究的發(fā)展。
微生物種類繁多，生理類型復(fù)雜，就營養(yǎng)和能量轉(zhuǎn)換而言，既有像動物那樣異養(yǎng)生活的類群，也有像植物那樣進(jìn)行光合作用的自養(yǎng)類群。另外還有利用化能的自養(yǎng)類群以及與其他生物具有共生或寄生關(guān)系的類群。
在碳的同化方面，除一般的代謝類型外，微生物還有許多特殊的代謝途徑，可以產(chǎn)生有機酸、溶劑、脂肪酸、維生素、多糖等對人類有用的產(chǎn)物，也可產(chǎn)生氧化烴、芳香族化合物等，從而清除污染環(huán)境的物質(zhì)。另外，微生物還可產(chǎn)生抗生素、色素、毒素甾體化合物等次級代謝產(chǎn)物。
氮的利用方面，微生物有能利用有機氧化合物的類群，也有能利用無機氮的類群，固氮菌、根瘤菌、藍(lán)細(xì)菌和某些異養(yǎng)菌能夠直接同化大氣中的氮。
微生物的能量產(chǎn)生方式因好氧生活、厭氧生活或兼性生活而有所不同。光合細(xì)菌可通過光合磷酸化方式獲得能量，好氧菌可由氧化磷酸化獲得能量，厭氧菌可由底物水平的磷酸化獲得能量。在這些過程中，最終電子受體不是分子氧，而是硝酸鹽、硫酸鹽等。
隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，微生物生理學(xué)的研究不斷地深入到，細(xì)胞中的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化、能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換；生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能；分子水平上的形態(tài)建成、分化及其行為等方面的研究方面。
近年來，微生物生理學(xué)的研究擴(kuò)展到了新的或過去不引人注意的微生物類群和可更新能源方面，這使人們對分解纖維素微生物和甲烷產(chǎn)生菌的生理進(jìn)行深入的考察，并從化能自養(yǎng)菌的研究擴(kuò)展到利用硫桿菌進(jìn)行微生物浸礦。
另外微生物與其他生物之間的共生、寄生關(guān)系是人們多年來一直注意的領(lǐng)域，尤其是共生固氧的研究已有較大的進(jìn)展。能使石油氧化、農(nóng)藥降解和人工合成的高分子物質(zhì)分解的微生物，也越來越多地成為人們研究的對象�？傊恳恍戮鷮俸托卢F(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，都將為微生物生理學(xué)研究提供新的對象，開辟新的領(lǐng)域。