菌種選育法是採用物理學、化學、生物學以及基因工程等手段，人為地改變菌種的遺傳物質結構，從而創造出具有某些優良特性或特殊遺傳標記的新菌株的方法。菌種選育是發酵工業的重要環節，其作用表現在：①顯著提高目標產物的產量。如青黴素產生菌，從自然界分離出來的野生菌種的生產能力最高只有20～100單位/毫升，而經過人工多次選育的高產菌種的生產能力可達50 000～60 000單位/毫升。②使生產菌種獲得產量以外的其他有利性狀。如青黴素原始生產菌種在發酵過程中產生黃色色素，精製過程中不易消除而影響產品質量，後經菌種選育，得到一種無色突變株，改進了產品質量。③生產新的代謝產物。如從谷氨酸產生菌出發，經過菌種選育得到高絲氨酸缺陷型突變株，後者發酵產生賴氨酸。菌種選育方法很多，目前生產上套用最廣的是誘變育種法，即利用物理或化學誘變劑誘發菌種基因突變，從中選出具有優良性能的變異株。此法選育速度快、收效大、操作簡便，近年來，各種選擇性篩選方法的出現以及篩選過程的小型化、自動化更提高了誘變育種的效率。雜交育種法是利用不同變種細胞與細胞接合、染色體交換、基因重組獲得優良雜種的方法，與誘變育種交替使用，可以消除菌種經長期誘變處理後所出現的產量上升緩慢的現象。原生質體融合是近年來發展起來的新型雜交育種方法，它是把遺傳性狀不同的兩種細胞的原生質體進行融合併產生重組子。
採用此方法，不僅可以在種間而且可以在屬間、科間甚至親緣關係更遠的微生物細胞間實現融合，以期得到性能優異的新物種。70年代以來，基因工程方法的建立和發展，從根本上改變了菌種選育的面貌。採用重組DNA技術，可以在分子水平上進行基因的“剪下”、“組合”和“拼接”，大大提高了菌種選育的精確性和有效性。可以預計，今後菌種選育仍將在發酵工程乃至整個生物技術領域發揮越來越重要的主導作用。
