通過分離純化得到的微生物純培養物，還必須通過各種保藏技術使其在一定時間內不死亡，不會被其它微生物汙染，不會因發生變異而丟失重要的生物學性狀，否則就無法真正保證微生物研究和應用工作的順利進行。菌種或培養物保藏是一項最重要的微生物學基礎工作，微生物菌種是珍貴的自然資源，具有重要意義，許多國家都設有相應的菌種保藏機構，例如，中國微生物菌種保藏委員會（CCCCM），中國典型培養物保藏中心（CCTCC），美國典型菌種保藏中心（ATCC），美國的“北部地區研究實驗室”（NRRL），荷蘭的黴菌中心保藏所（CBS），英國的國家典型菌種保藏中心（NCTC）以及日本的大阪發酵研究所（IFO）等。國際微生物學聯合會（IAMS）還專門設立了世界菌種保藏聯合會（WFGC），用計算機儲存世界上各保藏機構提供的菌種數據資料，可以通過國際互聯網查詢和索取，進行微生物菌種的交流、研究和使用。
生物的生長一般都需要一定的水分，適宜的溫度和合適的營養，微生物也不例外。菌種保藏就是根據菌種特性及保藏目的的不同，給微生物菌株以特定的條件，使其存活而得以延續。例如利用培養基或宿主對微生物菌株進行連續移種，或改變其所處的環境條件，例如幹燥、低溫、缺氧、避光、缺乏營養等，令菌株的代謝水平降低，乃至完全停止，達到半休眠或完全休眠的狀態，而在一定時間內得到保存，有的可保藏幾十年或更長時間。在需要時再通過提供適宜的生長條件使保藏物恢複活力。
1. 傳代培養保藏
傳代培養與培養物的直接使用密切相關，是進行微生物保藏的基本方法。常用的有瓊脂斜麵、半固體瓊脂柱及液體培養等。采用傳代法保藏微生物應注意針對不同的菌種而選擇使用適宜的培養基，並在規定的時間內進行移種，以免由於菌株接種後不生長或超過時間不能接活，喪失微生物菌種。在瓊脂斜麵上保藏微生物的時間因菌種的不同而有較大差異，有些可保存數年，而有些僅數周。一般來說，通過降低培養物的代謝或防止培養基幹燥，可延長傳代保藏的保存時間。例如在菌株生長良好後，改用橡皮塞封口或在培養基表麵覆蓋液體石蠟，並放置低溫保存；將一些菌的菌苔直接刮入蒸餾水或其它緩衝液後，密封置4℃保存，也可以大大提高某些菌的保藏時間及保藏效果，這種方法有時也被稱為懸液保藏法。
由於菌種進行長期傳代十分繁瑣，容易汙染，特別是會由於菌株的自發突變而導致菌種衰退，使菌株的形態、生理特性、代謝物的產量等發生變化，因此在一般情況下，在實驗室裏除了采用傳代法對常用的菌種進行保存外，還必須根據條件采用其它方法，特別是對那些需要長期保存的菌種更是如此。
2. 冷凍保藏
將微生物處於冷凍狀態，使其代謝作用停止以達到保藏的目的。大多數微生物都能通過冷凍進行保存，細胞體積大者要比小者對低溫更敏感，而無細胞壁者則比有細胞壁者敏感。其原因與低溫會使細胞內的水分形成冰晶，從而引起細胞，尤其是細胞膜的損傷。進行冷凍時，適當采取速凍的方法，可因產生的冰晶小而減少對細胞的損傷。當從低溫下移出並開始升溫時，冰晶又會長大，故快速升溫也可減少對細胞的損傷。冷凍時的介質對細胞的損傷也有顯著的影響。例如，0.5 mol / L左右的甘油或二甲亞楓可透入細胞，並通過降低強烈的脫水作用而保護細胞；大分子物質如糊精、血清蛋白、脫脂牛奶或聚乙烯吡咯烷酮（PVP）雖不能透入細胞，但可通過與細胞表麵結合的方式而防止細胞膜受凍傷。因此，在采用冷凍法保藏菌種時，一般應加入各種保護劑以提高培養物的存活率。
一般來說，保藏溫度越低，保藏效果越好。在常用的冷凍保藏方法中，液氮保藏可達到—196℃。因此，從適用的微生物範圍、存活期限、性狀的穩定性等方麵來看，該方法在迄今使用的各種微生物保藏方法中是較理想的一種。但液氮保藏需使用專用器具，一般僅適合一些專業保藏機構采用。與此相應，冰箱保藏使用更為普遍。例如在各種基因工程手冊中，一般都推薦在—70℃低溫冰箱中保存菌株或細胞的某些特殊生理狀態（添加甘油做保護劑），例如經誘導建立了感受態的細胞。在沒有低溫冰箱的條件下，也可利用—20~30℃的普通冰箱保存菌種。但應注意加有保護劑的細胞混合物的共融點處在這個溫度範圍內，常會由於冰箱可能產生的微小溫度變化引起培養物的反複融化和再結晶，而對菌體形成強烈的損傷。因此采用普通冰箱冷凍保存菌種的效果往往遠低於低溫冰箱，應注意經常檢查保藏物的存活情況，隨時轉種。
3. 幹燥保藏法
水份對各種生化反應和一切生命活動至關重要，因此，幹燥，尤其是深度幹燥是微生物保藏技術中另一項經常采用的手段。
沙土管保存和冷凍真空保藏是最常用的二項微生物幹燥保藏技術。前者主要適用於產孢子的微生物，如芽孢杆菌、放線菌等。一般將菌種接種斜麵，培養至長出大量的孢子後，洗下孢子製備孢子懸液，加入無菌的沙土試管中，減壓幹燥，直至將水分抽幹，最後用石蠟、膠塞等封閉管口，置冰箱保存。此法簡便易行，並可以將微生物保藏較長時間，適合一般實驗室及以放線菌等為菌種的發酵工廠采用。
冷凍真空保藏是將加有保護劑的細胞樣品預先冷凍，使其凍結，然後在真空下通過冰的升華作用除去水分。達到幹燥的樣品可在真空或惰性氣體的密閉環境中置低溫保存，從而使微生物處於幹燥、缺氧及低溫的狀態，生命活動處於休眠，可以達到長期保藏的目的。用冰升華的方式除去水分，手段比較溫和，細胞受損傷的程度相對較小，存活率及保藏效果均不錯，而且經抽真空封閉的菌種安瓿管的保存、郵寄、使用均很方便。因此冷凍真空幹燥保藏是目前使用最普遍，也是最重要的微生物保藏方法，大多數專業的菌種保藏機構均采用此法作為主要的微生物保存手段。
除上述方法外，各種微生物菌種保藏的方法還有很多，如紙片保藏、薄膜保藏、寄主保藏等。由於微生物的多樣性，不同的微生物往往對不同的保藏方法有不同的適應性，迄今為止尚沒有一種方法能被證明對所有的微生物均適宜。因此，在具體選擇保藏方法時必須對被保藏菌株的特性、保藏物的使用特點及現有條件等進行綜合考慮。對於一些比較重要的微生物菌株，則要盡可能多的采用各種不同的手段進行保藏，以免因某種方法的失敗而導致菌種的喪失。
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