微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行代谢活动，如果同化作用大于异化作用，则细胞质的量不断增加，体积得以加大，表现为生长。微生物的生长往往伴随着细胞数目的增加，当细胞增长到一定程度时，就以二分裂方式形成两个基本相似的子细胞，子细胞又重复以上过程，称为繁殖。当环境条件适合时，微生物的生长和繁殖始终是交替进行的，从生长到繁殖是一个由质变到量变的过程，这个过程就是发育。
微生物生长、繁殖和发育规律的研究方法与“大生物”有些不同，“大生物”通常是以一个个体为研究对象，而微生物通常是以一个群体为研究对象。如果把单细胞的微生物接种到一定体积的营养液中，在适宜的培养条件下进行培养，这些单细胞微生物就会不断增殖，细胞数目会不断增加。如果把这种增加情况画成一个对数曲线，就会呈现出一定的规律，叫做单细胞微生物的生长曲线。其纵坐标为每毫升培养液中微生物细胞数目的对数，横坐标为培养时间。生长曲线代表微生物在一个新的适宜的环境中生长繁殖以至衰老死亡的全部动态过程。典型的微生物生长曲线包括四个时期：迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期。
迟缓期：生长速率常数为零、菌体粗大、RNA含量增加、代谢活力强、对不良环境的抵抗能力下降。成因：微生物刚刚接种到培养基，其代谢系统需要适应新的环境，同时要合成酶、辅酶、其他代谢中间代谢产物等，所以此时期的细胞数目没有增加。
对数期：生长速率最快、代谢旺盛、酶系活跃、活细菌数和总细菌数大致接近、细胞的化学组成和形态理化性质基本一致。成因：经过调整期的准备，为此时期的生长提供了足够的物质基础，同时外界环境也是最佳状态。
稳定期：活细菌数保持相对稳定、总细菌数达到最高水平、细胞代谢产物积累达到最高峰、是生产的收获期、芽孢杆菌开始形成芽孢。成因：营养的消耗使营养物比例失调、有害代谢产物积累。
衰亡期：细菌死亡速度大于新生成的速度、整个群体出现负增长、细胞开始畸形、细胞死亡出现自溶现象。成因：主要是外界环境对继续生长越来越不利、细胞的分解代谢大于合成代谢、继而导致大量细菌死亡。
