当利用基因组信息构建现代“生命之树”时，一个令人震惊的发现是：细菌世界在进化上的多样性远远超过真核生物。 我们现在知道，这种巨大的多样性反映出细菌在地球进化史上出现得更早。
细菌通常非常微小（肉眼不可见），一般以单个个体形式存在，或形成松散的群落，而非多细胞生物。它们的形态通常为球形或杆状，线性尺寸仅为数微米（μm）。
细菌常具有坚韧的细胞壁（cell wall）作为外层保护结构，其内的质膜（plasma membrane）包裹着一个单一的细胞质腔室——即细胞质（cytoplasm），其中包含 DNA、RNA、蛋白质以及维持生命所需的各种小分子。
图 细菌的结构《Molecular Biology of the Cell》7E Figure 1–11 。(A) 霍乱弧菌（Vibrio cholerae）。(B) 大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的纵切电子显微镜图像。（B 图由 E. Kellenberger 提供。）
霍乱弧菌可以感染人类的小肠，引发霍乱（cholera）；该疾病所导致的严重腹泻每年在全球造成超过 10 万人死亡。
与许多其他细菌一样，霍乱弧菌在一端具有一个螺旋状附肢——鞭毛（flagellum），它像螺旋桨一样旋转，从而推动细胞向前运动。
E. coli 是人类肠道正常微生物群（intestinal microbiota）**的一部分。它的表面分布着许多鞭毛，但在此切面中不可见。
这两种细菌都是革兰氏阴性菌（Gram negative），即同时具有外膜（outer membrane）和内膜（质膜，plasma membrane）。
然而，许多细菌种类并不具有外膜——它们被归类为革兰氏阳性菌（Gram positive）。
图：Anabaena cylindrica
与其基因组的多样性相对应，细菌生活在极其广泛的生态环境中，并在生化能力上表现出惊人的多样化。不同种类的细菌几乎可以利用任何类型的有机分子作为食物来源——从糖类、氨基酸到碳氢化合物，甚至包括最简单的碳氢化合物——甲烷气体（CH₄）。
还有一些细菌能够以各种方式获取光能；其中某些种类与植物类似，进行光合作用（photosynthesis），并将氧气作为副产物释放出来。另一些种类则能够仅依靠无机营养物质维持生存：它们从 CO₂ 中获取碳，并利用环境中存在的化学物质（如 H₂、Fe²⁺、H₂S 和单质硫等）来满足能量需求。
许多细菌与人类健康直接相关。中世纪的黑死病（估计导致欧洲人口约一半死亡）以及当今仍在持续的结核病（每年造成超过一百万例死亡）都由特定的细菌种类引起。与此同时，成千上万种细菌生活在我们的人体肠道和皮肤上，并且在多数情况下是有益的共生者。
正是因为对细菌——这些结构相对简单的细胞的研究，使我们得以理解许多基本的生命过程——包括 DNA 复制（replication）、转录（transcription）和翻译（translation）。
