Peranan oksigen molekuler sangat penting terutama dalam mekanisme memperoleh energi pada sel dan memunyai hubungan lain terhadap kehidupan sel. Sumber dan pemakaian oksigen berbeda-beda tergantung spesies mikroorganismenya. Sebhubungan dengan penggunan oksigennya, mikroorganisme dapat diklasifikasikan ke dalam 5 kelompok.
Klasifikasi mikroorganisme berdasarkan kebutuhan oksigen adalah sebagai berikut :
1. Obligat aerob
Mikroorganise yang masuk ke dalam kelompok ini  membutuhkan oksigen yag sangat banyak sebagai akseptor akhir dalam oksidasi biologis atau respirasi aerobnya.
2. Obligat Anaerob
Mikroorganisme yang termasuk dalam golongan ini tidak membutuhkan oksigen bebas, bahkan jika kontak dengan oksigen akan mengakibatkan penghambatan atau mematikan organisme tersebut. Hal itu dikarenakan jenis mikroorganisme ini tidak dapat menggunakan oksigen dalam proses metabolismenya. Dalam proses metabolisme untuk memperoleh energi yang dilakukannya, mikroorganisme kelompok ini memperolehnya dengan cara menggunakan sebagian dari molekul suatu zat (misalnya glukosa) sebagai donor elektron dan memindahkannya ke bagian lain dari molekul tersebut, yang dengan demikian bertindak juga sebagai akseptor elektron dengan hasil keluarnya energi untuk sel itu. Proses ini dinamakan fermentasi. Bagi genus Clostridium, Oksigen adalah toksik karena digunakan sebagai H-akseptor untuk membentuk H2O2 dan karena organisme ini tidak dapat menguraikannya. Sehingga menyebabkan persenyawaan ini menumpuk dan mematikan mikroorganisme ini.
3. Fakultatif aerob atau fakultatif anaerob
Mikroorganise yang dikelompokkan kedalam sini dapat menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron atau sebagai penggantinya, diambil oksigen dari garam-garam seperti NaNO3, Na2SO4 atau karbonat. Penggunaan pengganti ini kadang-kadang disebut juga sebagai respirasi anaerob. Salah satu bakteri yang masuk kelompok ini adalah Bakteri Bacillus anthrachis, hal itu menyebabkan jenis bakteri ini menjadi dapat menyebar kemana-mena sehingga lebih susah terbunuh. Hal itulah yang menyebabkan bakteri ini menjadi berbahaya, apalagi ia merupakan mikroorganisme patogen yang dapat membunuh manusia dan hewan yang terinfeksi.
4. Mikroserofil
Mikroorganisme golongan ini mati atau terhambat pertumbuhannya oleh tegangan oksigen penuh. Pertumbuhan terbaik bagi organisme ini ialah pada lingkungan yang memiliki konsentrasi oksigen terbatas.
5. Indifereen
Mikroorganisme golongan ini tidak membutuhkan oksigen bebas dan justru akan terhambat pertumbuhannya oleh oksigen. Akan tetapi pada kondisi tertentu, kelompok mikrobia ini justru membutuhkannya.
Perlu diperhatikan bahwa pembicaraan mengenai kebutuhan oksigen oleh mikroorganisme ini maksudnya adalah pada saat suhu dan tekanan yang normal. Tetapi dalam peranannya sebagai substrat untuk pertumbuhan mikrobia, oksigen yang berada dalam keadaan larut di dalam media pertumbuhan justru dapat menjadi faktor penghambat pertumbuhan bagi bakteri. Oleh karena itu, suatu kekeliruan jika beranggapan bahwa penggunaan oksigen ini dalam bentuk gas.
