营养缺陷型突变株由于发生了丧失某种酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成产物的培养基中才能生长。用这种菌株在一定条件下培养，可以有目的地积累一些中间产物或末端代谢物。对于直线式代谢途径，选育末端代谢物营养缺陷型菌株可以积累中间产物。由于菌株丧失了将化合物C转化为D的能力，所以细胞不能产生E，而E作为细胞生长的必需物质是不可缺少的，所以培养该菌株时需要在培养基中补充E。同时，E是该代谢途径的反馈调节物质，能反馈抑制A向B的转化。因此，只要在培养基中限量供应E，使其维持在不影响菌株生长的最低水平，就能消除其对代谢途径的反馈调节，使得从A到C的代谢途径始终保持高效运行，于是细胞就能大量积累C物质了。

例如，可用酮戊二酸短杆菌（Brevibacterium ketoglutamicum）精氨酸营养缺陷型菌株来生产L鸟氨酸。对于分支式代谢途径，情况比较复杂，可以根据分支途径的代谢调节模式和目的产物在代谢途径中位置来选育不同的营养缺陷型菌株。例如，对于顺序反馈调节的途径，如果目的产物是D，可以选育F和I双重营养缺陷型突变株，使其同时丧失D向E和C向G的转化能力，在限量补充F和I的培养基中，该突变株可以积累D。对于协同反馈调节的途径，如果目的产物是C，可以选育E营养缺陷型突变株，使其丧失C向D的转化能力，由于G的积累会抑制C向F的转化，只需限量供应E，就会造成中间产物C的积累。

对于累积反馈调节的途径，如果目的产物是D，选育E和G双重营养缺陷型突变株，使D向E和C向F的转化能力同时丧失，在限量供应E和G的情况下，能积累中间产物D。营养缺陷型菌株也可以用于积累末端代谢物，E、G对于A向B的转化过程具有协同反馈抑制作用，如果目的产物是E，则可选育G营养缺陷型突变株，使其丧失C向F的转化能力，再限量供应G，由于G含量很低，仅仅E的积累不会对代谢途径产生反馈抑制，故能大量积累目的产物E。

目前，营养缺陷型突变株的应用十分广泛，尤其是在氨基酸、核苷酸等初级代谢产物的发酵生产中。另外，营养缺陷型突变株在一些次级代谢产物的发酵生产中也有应用。例如，利用赖氨酸营养缺陷型菌株来生产青霉素。由于青霉素合成的底物–α氨基己二酸也是赖氨酸合成的底物，赖氨酸的积累会反馈抑制α氨基己二酸的合成，从而影响到青霉素的合成。可以选育赖氨酸营养缺陷型菌株，使其丧失利用α氨基己二酸合成赖氨酸的能力，再通过限量供应赖氨酸以控制细胞中赖氨酸的浓度，解除其对α氨基己二酸合成的反馈抑制，使大量生成的α氨基己二酸被用于青霉素的合成，从而使青霉素的产量得以提高。