Kích thước nhỏ bé của vi sinh vật thể hiện qua đơn vị đo là micromet (µm) hoặc nanomet (nm). Vi sinh vật có khả năng sinh trưởng, sinh sản nhanh do chúng có chu kỳ sinh sản ngắn và thời gian phân bào ngắn. Ngoài ra, vi sinh vật còn có khả năng hấp thụ dưỡng chất và năng lượng từ môi trường xung quanh rất hiệu quả.

Nhiều loại vi sinh vật có khả năng cố định đạm bằng cách biến đổi khí Nitơ trong không khí thành các hợp chất đạm có thể sử dụng được cho cây trồng. Quá trình này được gọi là cố định đạm. Các vi sinh vật như Rhizobium và Azotobacter có khả năng cố định đạm bằng cách tạo ra các gốc amino và protein, trong khi đó vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter có khả năng chuyển đổi amoniac và nitrit thành nitrat.

Con người đã sử dụng vi sinh vật trong xử lí chất thải chủ yếu dựa vào khả năng của vi sinh vật trong việc phân hủy các chất hữu cơ trong chất thải. Vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ như protein, tinh bột và lipid thành các chất đơn giản hơn như CO2, H2O và các ion. Các vi sinh vật này được sử dụng trong các quá trình xử lí chất thải như phân hủy sinh học, xử lí nước thải và xử lí rác thải hữu cơ.