溫度改變，影響在生物體內所進行的許多生化反應，因而影響生物的代謝活動。此外，溫度改變可引起其他環境因子變化，從而影響微生物的生命活動。在一定溫度範圍內，生化反應速率隨溫度上升而加快；超過一定限度，則細胞功能下降以至死亡。
微生物對低溫的抵抗力較強，低溫一般隻能抑製其生長繁殖，很少致死作用。細菌芽孢和黴菌孢子可在-190℃下存活半年。
不同微生物有其生長的最低、最適和最高溫度，最高溫度總是比最低溫度更接近於最適溫度。
生長最適溫度不等於發酵最適溫度，也不等於積累代謝物最適溫度。所以，在生產實踐中，為提高產量，常采用變溫培養。
低溫可降低機體的代謝活力，使生長繁殖停滯，故廣泛應用於保藏菌種。但要注意：①某些菌，如腦膜炎球菌、水稻白葉枯病菌等，在冰箱中比室溫下更易死亡，宜常溫保藏；②幼齡菌對溫度驟降很敏感——冷休克；③在冰點以下保藏菌種時，菌懸藏液中要加保護劑（8％二甲亞碸或12％甘油）；④切忌冰凍與融化交替進行。
高溫致死微生物，該作用廣泛用於消毒和滅菌。實踐中常用的高溫滅菌方法歸納如下：
高壓蒸汽滅菌常用壓力為1.03×105Pa，相應溫度為121℃，維持15min～30min，可殺死包括細菌芽孢在內的所有微生物。各種培養基的滅菌要求因其組分不同而有所不同。
間歇滅菌在常壓下進行，100℃維持15min～30min，然後降溫至30℃左右，保溫過夜，使芽孢萌發為營養體，接著第二次蒸煮，連續三次，可達滅菌目的。
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