微生物必须将培养基中的营养物质吸收进入细胞内，才能进行后续的分解和利用。这一过程依赖于细胞膜的半透性及其结构特性，通过不同机制实现对营养物质和水分子的吸收。基于对细胞膜和物质传递的研究，目前认为营养物质主要通过单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种方式跨过微生物细胞膜。
一、单纯扩散
单纯扩散是微生物营养物质吸收中最简单的一种方式，它通过细胞膜的小孔，利用分子热运动实现从高浓度区域向低浓度区域的物质传输。这种传输机制是被动的，不涉及能量的消耗，也没有载体蛋白的参与。扩散过程是非特异性的，但细胞膜上的孔隙对通过的物质分子大小有一定的选择性。水、气体以及一些无机离子和水溶性小分子物质（如甘油、乙醇）通常通过单纯扩散进入细胞。
二、促进扩散
促进扩散与单纯扩散相似，也是一种 passsive transport 机制，不需要能量输入，物质的分子结构在过程中不发生变化，且不能实现逆浓度传输。不同的是，促进扩散需要依赖细胞膜上的特定载体蛋白（渗透酶）来加速营养物质的透过率。这些载体蛋白具有特异性，通常只运输特定的物质。虽然促进扩散在真核微生物中较为常见，但在原核生物中较少见。
三、主动运输
主动运输是微生物细胞对营养物质逆浓度梯度吸收的关键机制，允许物质从低浓度区域向高浓度区域移动，这需要载体蛋白（渗透酶）和代谢能量（如ATP）的参与。一个典型的例子是大肠杆菌对乳糖的吸收，通过β-半乳糖苷酶实现乳糖的主动运输。
四、基团转位
基团转位是微生物营养物质吸收的一种特殊方式，除了需要能量和载体蛋白外，被运输的物质在吸收过程中会经历化学性质的改变。例如，糖类及其衍生物在运输过程中可以被磷酸化，磷酸基团被转移到糖分子上，使其以磷酸糖的形式进入细胞。基团转位可以实现葡萄糖、甘露糖、果糖、β-半乳糖苷以及嘌呤、嘧啶、乙酸等的运输，但不能用于氨基酸的运输。这种运输机制主要存在于兼性厌氧菌和厌氧菌中，也有研究表明某些好氧菌能够利用这一系统。
