极端微生物是依赖于一种或多种极端物化因子的特殊生命形式，在100℃以上或0℃以下、近饱和的盐度、pH>10或pH<2等极端环境下，具有极端的生命世界，已发现的极端生命形式包括嗜热菌、嗜冷菌、嗜碱菌、嗜酸菌、嗜盐菌、嗜压菌等，统称为极端微生物，它们构成了地球生命形式的独特风景线，其存在的原理与意义为更好地认知生命现象、发展生物技术提供了宝贵的知识源泉。

极端微生物研究兴起于20世纪60年代，主要是极端环境微生物生态、物种的分离鉴定、理化特性及酶的筛选应用，90年代后期，极端微生物的研究蓬勃发展，“极端微生物”一词被广泛使用，对极端微生物的系统分类、生态、生理、生化、遗传以及生物技术利用开展了系统的研究，取得了重要成果。基础研究的代表当属伍斯的系统发育学，它导致了生物界的重新划分。应用研究当属布洛克发现的Taq酶在PCR中的应用，它带来了分子生物学的革命。

温度是与人类活动较为密切的物理因子，对极端温度条件下的极端微生物的研究也非常活跃，至今被描述的嗜热菌包括古菌及细菌，细胞生长温度的上限已到113℃，在系统进化、蛋白质结构与功能及热稳定酶的应用等方面的贡献突出，人们期望嗜热菌的研究在生命进化过程、生命物质温度极限及原理、生物技术新工艺新材料等方面提供知识与资源。嗜冷菌的研究远不如嗜热菌那样广泛，主要成就来自南极及深海微生物的研究，尽管在生命低温极限、冷适应机制等方面有相当的诱惑，人们更期望嗜冷菌在生物技术利用方面闯出新路。

盐、碱是另一大类化学因子，嗜盐菌、嗜碱菌的研究较多，在系统分类上，嗜盐菌、嗜碱菌分散到了各个分类类群，极大丰富了微生物多样性。在区系生态方面，死海、非洲盐碱湖的研究当属典型，不仅获得了大量资源，在环境演化、气候变迁分析中提供了大量生物学知识。嗜盐菌的生理、生化及遗传是极端微生物学科中的传统内容，至今最为人们困惑的是如何在4M盐浓度中进行翻译中RNA与蛋白质的接触。嗜盐菌的应用潜力表现在相似性溶质、酶、多聚物、脂质体、医药以及环境整治等方面。

嗜碱菌虽然有大量的报道，但“遗留问题”多。开始人们关心的是其碱性酶的应用，后来意识到其膜运输机制、呼吸链的特殊性，对已被广泛接收的米歇尔化学渗透理论等提出了挑战，真正嗜碱菌的生理机制还是个谜。嗜碱菌及其酶在生物造纸、食品、医药、环境整治及其它化学工业中的应用潜力极大，商业期望值最高，仅用于洗涤剂的碱性纤维素酶的预计市场为6亿美元。