实验室中培养微生物，是在培养基中进行的，一般来说不同微生物对培养基组分需求也不同。培养基在使用之前必须灭菌，而这个环节一般在高压蒸汽灭菌锅中来完成。
微生物学中使用两大类培养基：组合培养基和复杂培养基。组合培养基是指通过向蒸馏水中加入精确量的纯无机或有机化学物质来制备特定的培养基，因此各个成分是已知的。培养基中最重要的组分是碳源，所有细胞都需要大量的碳来制造新细胞。下表列出了四种不同的培养基配方。通常来说，组合培养基比较简单，很多组合培养基中只含有一个唯一的碳源。
如果想要培养很多微生物，一般会用到复杂培养基（也称之为天然培养基）。复杂培养基由微生物、动物或植物的消化产物制成，如牛奶蛋白(酪蛋白)、牛肉(牛肉提取物)、大豆(胰蛋白酶大豆肉汤)，酵母细胞(酵母提取物)，或其他一些高营养物质。这些脱水的酶解物只需要用蒸馏水即可配置培养基。复杂培养基虽然复杂，但一般容易配置，而组合培养基由于要单独添加的物质多，培养更为繁琐。复杂培养基的缺点是它的确切营养成分未知，对于特定研究不太适宜，优点是营养丰富，微生物可以长得贼多。
有时需要制备选择性或鉴别培养基，选择性培养基含有抑制某些微生物生长而不抑制其他微生物生长的化合物；鉴别培养基中含有指示物(通常是染料)，它通过颜色的变化来显示在生长过程中是否发生了特定的代谢反应。培养基首先需要灭菌处理，然后才能接种微生物。在实验室中，微生物既可以在液体亦可以在固体培养基中生长。什么是固体培养基？很简单，在液体培养基中加入琼脂（一般1.5~2%）即可，冷却后培养基会自动凝固。固体培养基上长出来的微生物可以形成肉眼可见的、孤立的团块，称为菌落。微生物菌落的形状和大小取决于微生物本身、培养条件、营养和其他生理参数。一些微生物会产生色素，因此菌落呈现颜色。固体培养的一个重要作用在于我们可以通过观察培养基上菌落的形态，判断菌株是纯种的，还是被污染了抑或是混菌，这一点液体培养无法做到。微生物接种过程中，最重要的是防止染菌，因此需要无菌技术。一般来说，微生物的接种操作都是超净工作台里进行的。下图展示的是液体和固体培养的常规操作流程，在转移过程中，需要在火焰旁边进行，试管以及培养皿不要受气流影响，所有操作不要接触未消毒的表面。
微生物的无菌技术是微生物纯培养的关键，从混合液体或平板中筛选获取纯培养物的方法是微生物学最为基础也是最重要的内容，该方法最早可追溯到科赫的相关工作，这种方法奠定了微生物生理生化研究的基础。
近年来一些其他技术（流式细胞、微流控等）也逐渐应用到微生物的筛选之中。多年以来，人们普遍认为非培养微生物占所有微生物的90%以上。也许，并不是这些微生物不可培养，而是我们没用到合适的筛选和培养方法罢了。
