1．是专性严格厌氧菌
甲烷细菌都是专性严格厌氧菌，对氧非常敏感，遇氧后会立即受到抑制，不能生长、繁殖，有的还会死亡。
2．生长繁殖特别缓慢
甲烷细菌生长很缓慢，在人工培养条件下需经过十几天甚至几十天才能长出菌落。据麦卡蒂（McCarty）介绍，有的甲烷细菌需要培养七八十天才能长出菌落，在自然条件下甚至更长。菌落也相当小，特别是甲烷八迭球菌菌落更小，如果不仔细观察很容易遗漏。菌落一般圆形、透明、边缘整齐，在荧光显微镜下发出强的荧光。甲烷细菌生长缓慢的原因，是它可利用的底物很少，只能利用很简单的物质，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。这些简单物质必须由其它发酵性细菌，把复杂有机物分解后提供给甲烷细菌，所以甲烷细菌一定要等到其它细菌都大量生长后才能生长。同时甲烷细菌世代时间也长，有的细菌20分钟繁殖一代，甲烷细菌需几天乃至几十天才能繁殖一代。
3．都是原核生物
能形成甲烷的细菌都是原核生物，目前尚未发现真核生物能形成甲烷。甲烷细菌有球形、杆形、螺旋形，有的呈八迭球状，还有的能联成长链状。
4．培养分离比较困难
因为甲烷细菌要求严格厌氧条件，一般培养方法很难达到厌氧，培养分离往往失败。又因为甲烷细菌和伴生菌生活在一起，菌体大小形态都十分相似，在一般光学显微镜下不好判明。美国著名微生物学家——Hungate 50年代培养分离甲烷细菌获得成功。以后世界上有很多研究者对甲烷细菌进行了培养分离工作，并对Hungate分离方法进行了改良，能很容易地把甲烷细菌培养分离出来。
甲烷细菌在自然界中分布极为广泛，在与氧气隔绝的环境都有甲烷细菌生长，海底沉积物，河湖淤泥，沼泽地，水稻田以及人和动物的肠道，反刍动物瘤胃，甚至在植物体内都有甲烷细菌存在。
沼气发酵液中甲烷细菌的数量可用MPN法计数，测定接种的试管中有无甲烷存在，作为计数的数量指标。甲烷细菌数量与甲烷含量成正比，发酵装置运行越好，甲烷细菌数量越多。作者曾于1991年计数了东北制药总厂用UASB（上流式厌氧污泥床）处理制药废水消化液中甲烷细菌数量为4.2×105个·ml-1。
另一方面产甲烷细菌利用乙酸、氢和二氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和二氧化碳，甲烷细菌及其伴生菌共同作用使pH稳定在一个适宜范围内，不会使发酵液中的pH出现对沼气发酵不利的情况。但当发酵条件控制不好，如温度，进料负荷，原料中的C：N、pH等可能会出现酸化或液料过碱；前者较为多见，这样会严重影响甲烷细菌的活动，甚至使发酵中断。
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