Diferentes bactérias têm diferentes temperaturas ideais de crescimento, dependendo de seus ambientes. Bactérias do intestino humano prosperam a 98 graus Fahrenheit, enquanto essa mesma temperatura seria letal para a maioria das bactérias vegetais.
A maioria das bactérias encontradas no ambiente cotidiano se desenvolve em temperatura ambiente. Bactérias termofílicas, como as bactérias presentes nas fontes termais ferventes do Parque Nacional de Yellowstone e bactérias encontradas em torno de fontes termais profundas, prosperam em altas temperaturas. Outras bactérias prosperam em temperaturas frias, nas geleiras e nas águas da Antártica. Essas bactérias de baixa temperatura também podem crescer em refrigeradores domésticos, tornando necessária a desinfecção de rotina com um anti-séptico.
Diferentes bactérias têm diferentes faixas de temperaturas habitáveis, definidas pelos três pontos cardeais de mudança de fase da água. As bactérias que preferem temperaturas próximas às dos animais de sangue quente são chamadas de mesófilos. As bactérias que preferem temperaturas elevadas acima da temperatura corporal, mas consideravelmente abaixo do ponto de ebulição da água em condições de temperatura e pressão padrão, são chamadas de termófilos. As bactérias que preferem temperaturas próximas ao ponto de ebulição da água são chamadas de termófilos extremos. As bactérias que preferem temperaturas próximas ao ponto de congelamento da água são chamadas de psicrófilos. Finalmente, as bactérias que podem sobreviver e crescer lentamente no ponto de congelamento da água, mas prosperar em temperatura ambiente, são chamadas de psicrotróficos. Esses psicrotróficos são o que faz com que os alimentos congelados se estraguem com o tempo.
