菌體組成應用于發酵工業生產的微生物具有復雜的化學成分，在各個層次上構成極為精密的細胞結構體系：雖然菌體細胞種類繁多，形態結構與功能各異，其多樣性無法計算，但各種微,耋物細胞的結構與組成之間仍存在著共同點。首先，菌體一般都具有細胞壁、細胞膜、細胞質、細胞核等結構，組成基本元素都是C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、CI、Mg等元素，這些化學元素構成了菌體結構與功能所需要的許多無機化合物和有機化合物。其次，最基礎的生物小分子都是核苷酸、氨基酸、脂肪酸與單糖，它們又構成核酸、蛋白質、脂質與多糖類等重要的生物大分子。這些生物大分子一般以復合分子的形式，如核蛋白、脂蛋白、糖蛋白與糖脂等組成微生物細胞的基本結構體系。如脂蛋白構成的生物膜體系與核酸和蛋白質分子構成遺傳信息的復制與表達體系，是構建任何類型微生物細胞所必需的兩大基本結構體系。第三，所有菌體的細胞膜都是由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質構成的。細胞膜使細胞與周圍壞境保持相對的獨立性，造成相對穩定的細胞內環境并通過細胞膜與周圍環境進行物質交換和信號轉導。第四，所有的菌體細胞都有兩種核酸：即DNA與RNA，作為遺傳信息復制與轉錄的載體。而非細胞形態生命體病毒只有一種核酸，即DNA或RNA作為遺傳信息的載體。最后，核糖體作為蛋白質合成的機器存在于一切筒體細胞內，是任何細胞（除個別非常特殊的細胞）不可缺少的基本結構。細胞外代謝產物微生物具有種類多、分布廣、多變異和生理生化多樣性等特性，容易形成各種各樣的代謝產物，已知的發酵產物多達37大類，從而形成了規模龐大的發酵工業。根據微生物代謝產物與生長繁殖的關系不同，可將其分為兩大類。一類是微生物自身生長繁殖所必需的代謝產物，稱為初級代謝產物，如氨基酸、核苷酸、多糖、維生素、有機酸、蛋白質、核酸等。它們的生物合成過程在各種微生物體內基本相同。有些產物是菌體在正常生長情況下就可以分泌到細胞外并積累起來的，如乙醇、醋酸、乳酸籌。而還有一些產物是在菌體正常生長情況下不能積累的，如氨基酸、核酸、有機酸等，因為這些產物的產量在達到滿足營體自身需要的量之后，就受到許多調節機制的控制而使其合成停止。對于此類產物必須采用代謝失調的突變菌株，如營養缺陷型菌株、抗性菌株等。此類產物的生產菌種主要是細菌、酵母、霉菌等。另一類代謝產物與微生物生長繁殖無明確關系，稱為次級代謝產物，如抗生索、生物堿、色素等。它們的生物合成有特異性：能夠產生次級代謝產物的產生菌，在分類學上的位置與產生的次綴代謝產物的結構之間沒有明確的內在聯系，分類學上相同的菌種能產生不同結構的次級代謝產物，如灰色鏈霉菌，既能合成氨基環醇類抗生素中的鏈霉素，又能合成多烯大環內醺類抗生素中的殺假絲菌素：而分類學上不同的微生物也能產生相同的抗生素，如能產生頭孢菌素C的菌有霉菌和鏈霉菌。次級代謝產物的合成還受到許多調節機制的控制，因此要提高產量，就必須解除其控制。發酵工業用來生產次級代謝產物的微生物僅有少數幾個類群，主要是絲狀放線菌絲狀真莆等。隨著基因工程、細胞工程、蛋白質工程等現代生物技術的發展，大量基因工程菌被構建出來，產生了許多微生物本身不能產生的物質，如胰島素、生長激素、細胞因子、疫苗、單克隆抗體等，大大擴展了發酵工程技術的應用范圍。可以預見，隨著生物技術的發展將會有更多有用的產物被合成出來。本文參考《發酵工程原理與技術》一書。