實驗室中培養微生物，是在培養基中進行的，一般來說不同微生物對培養基組分需求也不同。培養基在使用之前必須滅菌，而這個環節一般在高壓蒸汽滅菌鍋中來完成。
微生物學中使用兩大類培養基：組合培養基和復雜培養基。組合培養基是指通過向蒸餾水中加入精確量的純無機或有機化學物質來制備特定的培養基，因此各個成分是已知的。培養基中最重要的組分是碳源，所有細胞都需要大量的碳來制造新細胞。下表列出了四種不同的培養基配方。通常來說，組合培養基比較簡單，很多組合培養基中只含有一個唯一的碳源。
如果想要培養很多微生物，一般會用到復雜培養基（也稱之為天然培養基）。復雜培養基由微生物、動物或植物的消化產物制成，如牛奶蛋白(酪蛋白)、牛肉(牛肉提取物)、大豆(胰蛋白酶大豆肉湯)，酵母細胞(酵母提取物)，或其他一些高營養物質。這些脫水的酶解物只需要用蒸餾水即可配置培養基。復雜培養基雖然復雜，但一般容易配置，而組合培養基由于要單獨添加的物質多，培養更為繁瑣。復雜培養基的缺點是它的確切營養成分未知，對于特定研究不太適宜，優點是營養豐富，微生物可以長得賊多。
有時需要制備選擇性或鑒別培養基，選擇性培養基含有抑制某些微生物生長而不抑制其他微生物生長的化合物；鑒別培養基中含有指示物(通常是染料)，它通過顏色的變化來顯示在生長過程中是否發生了特定的代謝反應。培養基首先需要滅菌處理，然后才能接種微生物。在實驗室中，微生物既可以在液體亦可以在固體培養基中生長。什么是固體培養基？很簡單，在液體培養基中加入瓊脂（一般1.5~2%）即可，冷卻后培養基會自動凝固。固體培養基上長出來的微生物可以形成肉眼可見的、孤立的團塊，稱為菌落。微生物菌落的形狀和大小取決于微生物本身、培養條件、營養和其他生理參數。一些微生物會產生色素，因此菌落呈現顏色。固體培養的一個重要作用在于我們可以通過觀察培養基上菌落的形態，判斷菌株是純種的，還是被污染了抑或是混菌，這一點液體培養無法做到。微生物接種過程中，最重要的是防止染菌，因此需要無菌技術。一般來說，微生物的接種操作都是超凈工作臺里進行的。下圖展示的是液體和固體培養的常規操作流程，在轉移過程中，需要在火焰旁邊進行，試管以及培養皿不要受氣流影響，所有操作不要接觸未消毒的表面。
微生物的無菌技術是微生物純培養的關鍵，從混合液體或平板中篩選獲取純培養物的方法是微生物學最為基礎也是最重要的內容，該方法最早可追溯到科赫的相關工作，這種方法奠定了微生物生理生化研究的基礎。
近年來一些其他技術（流式細胞、微流控等）也逐漸應用到微生物的篩選之中。多年以來，人們普遍認為非培養微生物占所有微生物的90%以上。也許，并不是這些微生物不可培養，而是我們沒用到合適的篩選和培養方法罷了。
