Việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn dựa trên các đặc điểm sinh học như: kích thước hiển vi, sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, hình thức dinh dưỡng đa dạng, quá trình tổng hợp và phân giải các chất tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng hoặc có ý nghĩa lớn trong đời sống con người.
- Kích thước hiển vi: Vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé và chỉ quan sát dưới kính hiển vi.
- Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh: Do kích thước nhỏ nên tỉ lệ diện tích/thể tích (S/V) cơ thể ở sinh vật lớn, làm tăng tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng. Kích thước nhỏ còn có lợi trong việc nuôi cấy, lưu trữ và nghiên cứu vi sinh vật (một số lượng rất lớn tế bào có thể được nuôi cấy chỉ trong một khoảng không gian nhỏ).
- Tổng hợp và phân giải các chất nhanh: Sử dụng vi sinh vật trong công nghiệp và nghiên cứu có thể thu được sản lượng rất lớn trong một khoảng thời gian ngắn.
- Đa dạng về di truyền: Do tốc độ sinh sản nhanh, tốc độ đột biến lớn, khả năng tái tổ hợp di truyền và lịch sử tiến hóa lâu dài nên vi sinh vật có sự đa dạng di truyền lớn.
- Phổ sinh thái và dinh dưỡng rộng: Sự đa dạng về hình thái và dinh dưỡng của vi sinh vật dẫn đến sự đa dạng về hình thái, cấu trúc tế bào, thành phần cấu trúc protein và enzyme cũng như các sản phẩm chuyển hóa thứ cấp, từ đó có rất nhiều tiềm năng có thể ứng dụng vào thực tiễn.