1．是專性嚴格厭氧菌
甲烷細菌都是專性嚴格厭氧菌，對氧非常敏感，遇氧後會立即受到抑製，不能生長、繁殖，有的還會死亡。
2．生長繁殖特別緩慢
甲烷細菌生長很緩慢，在人工培養條件下需經過十幾天甚至幾十天才能長出菌落。據麥卡蒂（McCarty）介紹，有的甲烷細菌需要培養七八十天才能長出菌落，在自然條件下甚至更長。菌落也相當小，特別是甲烷八迭球菌菌落更小，如果不仔細觀察很容易遺漏。菌落一般圓形、透明、邊緣整齊，在熒光顯微鏡下發出強的熒光。甲烷細菌生長緩慢的原因，是它可利用的底物很少，隻能利用很簡單的物質，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。這些簡單物質必須由其它發酵性細菌，把複雜有機物分解後提供給甲烷細菌，所以甲烷細菌一定要等到其它細菌都大量生長後才能生長。同時甲烷細菌世代時間也長，有的細菌20分鍾繁殖一代，甲烷細菌需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。
3．都是原核生物
能形成甲烷的細菌都是原核生物，目前尚未發現真核生物能形成甲烷。甲烷細菌有球形、杆形、螺旋形，有的呈八迭球狀，還有的能聯成長鏈狀。
4．培養分離比較困難
因為甲烷細菌要求嚴格厭氧條件，一般培養方法很難達到厭氧，培養分離往往失敗。又因為甲烷細菌和伴生菌生活在一起，菌體大小形態都十分相似，在一般光學顯微鏡下不好判明。美國著名微生物學家——Hungate 50年代培養分離甲烷細菌獲得成功。以後世界上有很多研究者對甲烷細菌進行了培養分離工作，並對Hungate分離方法進行了改良，能很容易地把甲烷細菌培養分離出來。
甲烷細菌在自然界中分布極為廣泛，在與氧氣隔絕的環境都有甲烷細菌生長，海底沉積物，河湖淤泥，沼澤地，水稻田以及人和動物的腸道，反芻動物瘤胃，甚至在植物體內都有甲烷細菌存在。
沼氣發酵液中甲烷細菌的數量可用MPN法計數，測定接種的試管中有無甲烷存在，作為計數的數量指標。甲烷細菌數量與甲烷含量成正比，發酵裝置運行越好，甲烷細菌數量越多。作者曾於1991年計數了東北製藥總廠用UASB（上流式厭氧汙泥床）處理製藥廢水消化液中甲烷細菌數量為4.2×105個·ml-1。
另一方麵產甲烷細菌利用乙酸、氫和二氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和二氧化碳，甲烷細菌及其伴生菌共同作用使pH穩定在一個適宜範圍內，不會使發酵液中的pH出現對沼氣發酵不利的情況。但當發酵條件控製不好，如溫度，進料負荷，原料中的C：N、pH等可能會出現酸化或液料過堿；前者較為多見，這樣會嚴重影響甲烷細菌的活動，甚至使發酵中斷。
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