嗜熱微生物是一類生活在高溫環境中的微生物，如火山口及其周圍區域、溫泉、工廠高溫廢水排放區等。近30年來，這一類微生物越來越廣泛地引起了科學家們的重視和興趣。特別是在水的沸點和沸點以上溫度條件下能生活的細菌被發現後，更促進了對嗜熱微生物的研究。
根據對溫度的不同要求，嗜熱菌可劃分為3類：
（1）兼性嗜熱菌：最高生長溫度在40～50 ℃之間，但最適生長溫度仍在中溫範圍內，故又稱為耐熱菌。
（2）專性嗜熱菌：最適生長溫度在40 ℃以上，40 ℃以下則生長很差，甚至不能生長。
（3）極端嗜熱菌：最適生長溫度在65 ℃以上，最低生長溫度在40 ℃以上。
隨著對嗜熱菌研究的廣泛開展和進行，新的菌種不斷被發現。在這些新發現的菌種中，從義大利一處海底火山口附近的硫磺礦區分離到的一種極端嗜熱菌Pyrodictium，最使科學家們感興趣，它是迄今所知嗜熱性最強的細菌。該處的海床由熱礦沉積物和被硫覆蓋的洞隙組成，海床上不斷噴射出熱海水和火山氣。海床的溫度為103℃。Pyrodictium生長的溫度範圍85～110℃，最適生長溫度為105℃；pH值範圍5～7；對鹽分的適應範圍很廣，為1.2％～12％，最適鹽度為1.5％；嚴格化能無機營養型，利用H2和元素硫形成大量的H2S；嚴格厭氧，暴露在氧氣下，數分鐘後即失活。該菌在保持H2／CO2氣相條件、並供給硫的人工合成海水中能夠生存，在培養過程中，加入酵母浸出液和蛋白腖可刺激其生長。
嗜熱菌種類很多，營養範圍亦非常廣泛，但多數種類營異養生活，營自養生活的嗜熱菌主要包括產甲烷細菌和硫化細菌，不過其中有一部分是混合營養型。
嗜熱菌對pH值的要求，有兩個絕然不同的範圍，嗜酸嗜熱的最適pH範圍為1.5～4，而另一類群pH範圍都是5.8～8.5。極端嗜鹼的嗜熱菌至今尚未發現。
嗜熱菌為什麼在高溫下仍然能夠不失活性並進行正常生長呢？
目前的研究工作認為有如下幾方面的原因：
（1）類脂的敏感作用
嗜熱菌細胞質膜的化學成分，隨環境溫度的升高不僅類脂總含量增加，而且細胞中的高熔點飽和脂肪酸也增加，即長鏈飽和脂肪酸增加，不飽和脂肪酸減少。脂肪酸熔點的高低和熱穩定性呈如下順序：直鏈飽和脂肪酸＞帶支鏈飽和脂肪酸＞不飽和脂肪酸。
另外，飽和脂肪酸比不飽和脂肪酸能形成更多的疏水鍵，從而進一步增加膜的穩定性。
眾所周知，細胞膜由雙層類脂構成，但古細菌中嗜熱菌其雙層類脂進行了共價交聯，成為兩面都是水基的單層脂（如圖①所示），並且保持了完整的疏水層，這種結溝，極大地增強了其耐熱性。
（2）重要代謝產物的迅速再合成
嗜熱菌中tRNA的周轉率大於中溫菌的周轉率；並且，其DNA中的G－C含量高於中溫菌的G－C含量。一般中溫菌的G－C含量為44.9mol％，而嗜熱芽飽桿菌DNA中的G－C含量為53.2mol％。G－C含量越高，DNA分子的解鏈溫度也越高。嗜熱菌在高溫下不但熱穩定性高，而且代謝快，其速率等於或大於熱不穩定代謝物的轉化，因此，重要代謝產物能夠迅速再合成。
（3）蛋白質的熱穩定性
目前科學家已從嗜熱菌中分離出多種蛋白質，其中包括許多重要的酶類，它們的熱穩定性高於中溫型細菌的類似蛋白，而且，在細胞內生活狀況下二這種差別更加明顯。也就是說嗜熱菌蛋白質的熱穩定性取決於兩個方面：一方面，其蛋白質的天然結構更加穩定；另一方面，嗜熱菌細胞記憶體在著促進熱穩定性的因素。買驗證明，蛋白質一級結構中個別胺基酸的改變，就可導致其熱穩定性的改變。嗜熱菌蛋白質天然結構的穩定性，可能就是由於其中個別胺基酸的細微改變而引起的，至於究竟有哪些改變，還有待科學家的進一步研究。
