土壤微生物按照营养和能量的方式可分为自养菌（autotrophic bacterium）和异养菌（heterotrophic bacterium）。
自养菌以简单的无机物为原料，如利用CO 2 、CO 3 2- 作为碳源，利用N 2 、NH 3 、NO 2 – 、NO 3 – 等作为N源，合成菌体成分。这类细菌所需能量来自无机物的氧化（称为化能自养菌），或通过光合作用获得能量（称为光能自养菌）。
异养菌须以多种有机物为原料，如蛋白质、糖类等，才能合成菌体成分并获得能量，包括腐生菌（saprophyte）和寄生菌（parasite）。
根据微生物在活动中对O 2 的需要情况，可以将微生物粗略地分成好气和嫌气两大类。在有氧情况下能够生长、旺盛地进行有机物质分解的微生物，叫作好气微生物。
这类微生物在有氧条件下，常能较迅速地利用有机物质，使之彻底分解成最简单的产物，如CO 2 、NH 3 和水等。嫌气微生物指必须在无氧环境中才能生长繁殖的一些微生物的总称，也称为厌氧微生物。
一般生活在无O 2 的深层土壤中。还可按照对极端条件的适应性分为嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜盐、嗜压及适应低营养的或耐高温的微生物等。土壤中的微生物种类繁多，数量极大，1g肥沃土壤中通常含有几亿到几十亿个微生物，贫瘠土壤也含有几百万至几千万个微生物，一般说来，土壤越肥沃，其种类和数量越多。
另外，土壤表层或耕作层中及植物根附近的微生物数量也较多。土壤中的微生物主要有细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物。
（1）细菌。
土壤中的微生物以细菌（bacterium）数量为最多，占土壤微生物总量的70%～90%，而且种类多，多数是异养菌，少数是自养菌。前者包括碳水化合物细菌、氨化细菌、硝酸盐还原细菌、硫酸盐还原细菌、铁还原细菌等；后者包括硝化细菌、硫黄细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌等。土壤中的细菌大部分都是异养型的，靠分解有机物质来获得能量和养分以进行生活与繁殖。因此，除水分、空气、温度和pH等条件以外，土壤有机质的组成和数量对于细菌在土壤中的分布有着重要影响。自然界中几乎所有的有机质都可以被细菌分解。还有一种类型是固氮细菌（nitrogen fixing bacteria/diazotroph），是能进行生物固氮的各种原核生物的通称，包括自生固氮菌、共生固氮菌、联合固氮细菌三种。对农业生产来说，土壤细菌又可分为有益的和有害的，有益的如固氮菌、硝化细菌和腐生细菌，有害的如反硝化细菌。
（2）放线菌。
放线菌（actinomycete）指在形态学特征上是在细菌和真菌间过渡的单细胞微生物，具有直径0.5～0.8μm呈分枝状的菌丝，主要是链霉菌属（ Streptomyces ）、诺卡菌属（ Nocardia ）和小单孢菌属（ Micromonospora ）等，其数量仅次于细菌。放线菌虽然数量比细菌少，但由于其菌丝体的体积比单个细菌大几十倍甚至几百倍，所以在土壤中的生物量也接近于细菌。其生长的最适pH值为6.8～7.5，最适温度为25℃～30℃，多存在于干燥秸秆和偏碱性土壤中，均属好气性异养型，能够广泛利用纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素等含碳和含氮化合物。其耐旱性强于细菌，分解纤维素和含氮有机化合物以及转化各种盐类的能力很强，且大多数种类能产生一些抗菌素和激素物质，这些物质或者可以增强植物的抗病性，或者有促进植物生育的作用。
（3）真菌。
真菌（fungi）指土壤中具有真核细胞的单细胞或多细胞分枝丝状体或单细胞个体，以土壤作为活动场所完成其全部或部分生活史。广义的土壤真菌还包括表土腐朽植物和枯枝落叶层上的真菌，常见者有藻菌纲（Phycomycetes）、子囊菌纲（Ascomycetes）、担子菌纲（Basidiomycetes）及有性世代不明的半知菌属（ Fungi imperfecti ）等。通常土壤中各种真菌类型都有，但以半知菌类为最多，且多属于好气性腐生菌，少数寄生在植物上并有致病性。此外，还有少数共生真菌，主要与木本或草本植物根系形成共生关系。真菌菌丝具有分解有机物的能力，而分生孢子和厚膜孢子却几乎没有这种能力。真菌对土壤pH值的要求比放线菌和细菌所要求的要低。可以认为真菌是酸性土壤中特别是森林土壤中的主要分解者。
（4）藻类。
藻类（algae）是指以土壤为基本生存生境的各藻类生态型群体总称，主要分布于土壤表层中。土壤中的藻类数量远少于上述各类，主要有蓝藻中的念珠藻、颤藻，绿藻中的衣藻、小球藻以及裸藻、硅藻等。其主要特点是具有叶绿素，可以进行光合作用，能自营生活和积累有机质，多生活于多水的表土，往往使表土呈绿色。也有一些能生长于较深的土层中，营异养生活，但仍保持叶绿素功能。在蓝藻中有一些种类能够固氮，藻类繁殖起来还能使土壤中的碳水化合物增加并使非共生固氮菌活动增强，从而增加土壤中的N素养料，而硅藻等可以溶解岩石和矿物以释放养分。