1. Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật là dựa trên các đặc điểm sinh học của chúng như kích thước hiển vi sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, hình thức dinh dưỡng đa dạng, quá trình tổng hợp và phân giải các chất tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng hoặc có ý nghĩa lớn trong đời sống con người
- Kích thước hiển vi: vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, dao động từ 0,2µm tới hơn 700µm và chỉ có thể quan sát được duới kính hiển vi.
- Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh: Do có kích thước nhỏ nên tỉ lệ diện tích/thể tích (S/V) cơ thể ở vi sinh vật lớn, làm tăng tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng. Tỉ lệ S/V lớn cho phép tốc độ trao đổi chất trên mỗi đơn vị thể tích của vi sinh vật cao hơn nhiều so với các cơ thể có kích thước lớn. Kích thước nhỏ còn có lợi trong việc nuôi cấy, lưu trữ và nghiên cứu vi sinh vật. Một số lượng rất lớn tế bào có thể được nuôi cấy chỉ trong một khoảng không gian nhỏ.
- Tổng hợp và phân giải các chất nhanh: Sử dụng vi sinh vật trong công nghiệp và nghiên cứu có thể thu được sản lượng rất lớn trong một khoảng thời gian ngắn.
- Đa dạng về di truyền: Do tốc độ sinh sản nhanh, tốc độ đột biến lớn, khả năng tái tổ hợp đi truyền và lịch sử tiến hoá lâu dài nên vi sinh vật có sự đa dạng di truyền rất lớn.
- Phổ sinh thái và dinh dưỡng rộng: Mức độ đa dạng di truyền vô cùng lớn ở vi sinh vật cũng được phản ánh ở khả năng thích nghi của chúng. Vi sinh vật có thể được tìm thấy ở tất cả những môi trường có thể có sự sống và có tất cả những hình thức dinh dưỡng sinh vật sống có thể có, trong đó bao gồm cả môi trường nuôi cấy thí nghiệm, trong bình lên men công nghiệp và các điều kiện nhân tạo khác. Sự đa dạng về sinh thái và dinh dưỡng của vi sinh vật dẫn đến sự đa dạng về hình thái, cấu trúc tế bào, thành phần và cấu trúc protein và enzyme cũng như các sản phẩm chuyển hoá thứ cấp, từ đó có rất nhiều tiềm năng có thể ứng dụng vào thực tiễn.
2. Ứng dụng trong công nghệ vi sinh vật:
- Trong nông nghiệp: làm phân bón vi sinh như phân bón vi sinh vật phân giải hợp chất photpho khó tan, phân bón vi sinh vật phân giải xenluloza, phân bón hữu cơ vi sinh vật,... hoặc làm thuốc sâu vi sinh như Bacillus thuringiensis (Bt) và Nấm xanh – Nấm trắng.
- Trong chế biến thực phẩm như bánh mì, bia và rượu đều là sản phẩm lên men của nấm Saccharomyces cerevisiae qua quả trình lên men ethanol, sữa chua và pho mát là sản phẩm lên men của vi khuẩn lactic hoặc ứng dụng để sản xuất các sản phẩm như rước tương xì dầu, nước mắm,...
- Trong y dược: sản xuất thuốc kháng sinh, vaccine, các amino acid, protein đơn bào, hormore, probiotics và nhiều chế phẩm sinh học có giá trị khác như các sản phẩm được tạo ra từ công nghệ tái tổ hợp vi khuẩn và nấm men như insulin, hormone sinh trưởng chất kích thích miễn dịch cytokite, chất kháng virus như interferon. Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng trong việc chần đoán các bệnh hiểm nghèo, ung thư, bệnh mới phát sinh bằng kĩ thuật PCR như dịch covid corona,...
- Trong xử lí chất thải: làm những bể xử lí sinh học bao gồm bể hiếu khí, bể thiếu khí và bể kị khí với những hệ vi sinh vật riêng. Tại đó, các chất thải trong nước được vi sinh vật chuyển hoá thành methane (CH4 ), carbon dioxide (CO2) và chất lắng không phân huỷ. Hoặc nhờ các vi sinh vật “ăn” dấu như ABCarnivorax borgueriorsis để khắc phục sự cố tràn dầu,...Ngoài ra còn dùng để sản xuất bột giặt và ngành công nghiệp thuộc da,...
3. Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên quá trình phân giải của vi sinh vật.