地下水中重要的微生物主要有三種類型細菌、真黃和藻類。除光合細菌外，細菌和真菌可以歸入消費者一類微生物，它們能把複雜的化合物分解成比較簡單的物質，並從中提取能量，供其繁行和代謝的需要。藻類能夠利用陽光，把光能轉變為化學能儲存起來，因此，藻類被歸為生產者一類微生物。不過，在無陽光條件下，藻類只能利用化學能來滿足其代謝的需要。
微生物既能在潛水中繁殖，也可在深循環的地下水(深達1000m或更深) 中繁行。微生物所適應的溫度範圍也很寬，可在零下兒度到零上85-90.7的溫度範圍內生存。地下水的礦化度一般對微生物的繁殖影響不明顯，但礦化度過高會抑制微生物的活動能力。細菌、真菌和藻類被稱為活的催化劑，由於微生物的催化作用，使水和土壤中的大量化學過程得以進行。水中發生的重要化學反應，尤其是那些含有有機物和氧化還原過程的反應，大多數是通過細菌的催化作用才賴以完成的。微生物在地下水化學成分的形成和演變過程中起者重要的作用，在地下水中有各種不同的細菌存在，其中有適於在氧化環境中生存和繁殖的硝化菌、硫細菌、鐵細菌等喜氧細菌，也有適於在還原環境中生存和繁殖的脫復菌、脫硫菌、甲烷生成菌、氨生成菌等。由於這些細菌的生命活動，可出現脫硝酸作用、脫硫酸作用、甲烷生成作用和氨生成作用等，也可出現與此相反的作用，如硫酸根生成作用、硝酸根生成作用和鐵的氧化作用等，從而導致地下水化學成分的相應變化。
