除少數自養型菌種如自養鏈黴菌（Streptomyces autotrophicus）外，絕大多數放線菌屬於異養型。異養菌的營養要求差別很大，有的能利用簡單化合物，有的卻需要複雜的有機化合物。它們能利用不同的碳水化合物，包括糖、澱粉、有機酸、纖維素、半纖維素等作為能源。最好的碳源是葡萄糖、麥芽糖、糊精、澱粉和甘油，而蔗糖、木糖、棉子糖、醇和有機酸次之。有機酸中以醋酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸和蘋果酸易於利用，而草酸、酒石酸和馬尿酸較難利用。某些放線菌還可利用幾丁質、碳氫化合物、丹寧以至橡膠。
氮源以蛋白質、蛋白腖以及某些氨基酸最合適，硝酸鹽、銨鹽和尿素次之。除諾卡菌外，絕大多數放線菌都能利用酪蛋白，並能液化明膠。
和其他生物一樣，放線菌的生長一般都需要K、Mg、Fe、Cu和Ca等金屬離子。其中Mg和K對於菌絲生長和抗生素的產生有顯著作用。各種抗生素的產生所需的礦物質營養並不完全相同，如弗氏鏈黴菌（Streptomyces fradiae）產生新黴素時，必需Zn元素，而Mg、Fe、Cu、Al和Mn等不起作用。Co是放線菌產生維生素B12的必備元素，當培養基中含1～2mg/kg的Co時，可提高灰色鏈黴菌（Streptomyces griseus）的維生素產量三倍，如果培養基中的Co含量高至20～50mg/kg時則產生毒害作用。另外，Co還有促進孢子形成的功能。
大多數放線菌是好氣的，隻有某些種是微量好氣菌和厭氣菌，因此，工業化發酵生產抗生素過程中必須保證足夠的通氣量；溫度對放線菌的生長亦有影響，大多數放線菌的最適生長溫度為23～37°C，高溫放線菌的生長溫度為50～65°C，也有許多菌種在20～30°C以下仍生長良好；放線菌菌絲體壁細菌營養體抗幹燥能力強，很多菌中在盛有CaCl₂和H₂SO₄的幹燥器內能存活一年半左右。
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