I batteri, come tutte le cellule viventi, richiedono energia e sostanze nutritive per costruire proteine e membrane strutturali e guidare i processi biochimici. I batteri richiedono fonti di carbonio, azoto, fosforo, ferro e un gran numero di altre molecole. Il carbonio, l'azoto e l'acqua sono utilizzati nelle quantità più elevate. I requisiti nutrizionali per i batteri possono essere raggruppati in base alla fonte di carbonio e alla fonte di energia. Alcuni tipi di batteri devono consumare molecole organiche preformate per ottenere energia, mentre altri batteri possono generare la propria energia da fonti inorganiche.
Autotrofi ed eterotrofi

Alcuni batteri ottengono energia consumando molecole organiche. Questi organismi sono eterotrofi, come animali e funghi che mangiano altri organismi. Altri tipi di batteri producono il proprio cibo convertendo energia luminosa, energia chimica o sostanze inorganiche in energia utilizzabile di cui questi organismi monocellulari devono vivere. Questi batteri fai-da-te sono autotrofi, come piante e alghe.
Batteri che mangiano composti inorganici

Alcuni batteri autotrofi, chiamati chemiotrofi, ottengono la loro alimentazione dai composti inorganici. L'anidride carbonica è in genere l'unica fonte di carbonio cellulare. Questi autotrofi usano idrogeno solforato, ammoniaca o idrogeno gassoso per ridurre il carbonio in zuccheri necessari. I batteri nitrificanti, che ossidano l'ammoniaca per creare nitriti e nitrati, sono un esempio di batteri che usano la nutrizione autotrofica, o più specificamente, la nutrizione chemoautotrofica.
Batteri che consumano composti organici

I batteri eterotrofi richiedono fonti organiche di carbonio come zuccheri, grassi e aminoacidi. I batteri saprofiti sono un esempio. Raggiungono la loro alimentazione dalla materia organica morta. Usando gli enzimi, questi batteri scompongono i composti complessi e usano i nutrienti per rilasciare energia. I batteri saprofiti sono decompositori e svolgono un ruolo importante nell'ecosistema rilasciando prodotti più semplici che le piante e gli animali possono usare.
I batteri che usano la luce come cibo

I batteri fototrofici sono autotrofi che assorbono l'energia della luce, quindi utilizzano questo in fotosintesi per creare energia cellulare. Quelli che non producono ossigeno come sottoprodotto sono chiamati fototrofi anaerobici, mentre quelli che producono ossigeno sono chiamati fototrofi aerobici. I cianobatteri sono un esempio di batteri che eseguono la nutrizione fotoautotrofica. Sia gli autotrofi che gli eterotrofi possono essere fototrofi. I fototrofi eterotrofi consumano carbonio organico oltre a produrre molecole organiche attraverso la fotosintesi.
Batteri che mangiano sostanze chimiche

Questi batteri ottengono energia chimica dall'ambiente circostante e la convertono in adenosina trifosfato (ATP) per uso cellulare. Questi batteri sono anche considerati chemiotrofi e ottengono energia dalle reazioni di riduzione dell'ossidazione di composti inorganici come ammoniaca, acido solfidrico e ferro. Ad esempio, i batteri solforati sono chemioautotrofi che producono energia ossidando acido solfidrico in zolfo e acqua. Questo processo è una forma di chemosintesi.