Физиология изучает жизненные функции организма (питание, способы получения энергии, размножение и др.) и взаимодействие его с внешней средой.

Основной отличительной особенностью живых организмов от неживой природы является рост и размножение. Рост — это физиологический пресс, в ходе которого увеличиваются размеры и масса клетки. Достигнув определенной величины, она перестает расти и при наличии благоприятных условий начинает размножаться. Основным способом размножения явлтся деление. Клетка перед делением удлиняется, затем делится нуклеоид.

Этот процесс называется репликацией ДНК, т. е. происходит удвоение чиа молекул ДНК в клетке. После завершения репликации ДНК начинается деление клетки. Чаще всего клетка делится на две равные части (изоморфное деление), но в старых культурах или при неблагоприятных условиях роста встречается и неравномерное (гетероморфное) деление.

Скорость размножения микроорганизмов необычайно велика. В благриятных условиях клетка делится каждые 20 — 30 мин. Число микрооргизмов растет в геометрической прогрессии: 20, 21, 22, 23, ..., 2n .Подсчано, что через 24 часа потомство одной клетки увеличивается до 472 х 1019 клеток, масса которых составляет 4720 т. Такой темп размножения возможен в искусственно подобранных оптимальных условиях, исключаих гибель микроорганизмов. В природе этому препятствуют различные неблагоприятные факторы внешней среды — температура, действие света, недостаток влаги, питательных веществ, продукты собственного обмена и др.

Каждый вид клетки имеет свою среднюю скорость размнения. Время между двумя делениями клетки называют временем генерии. На искусственных питательных средах микроорганизмы развиваются в виде популяции — совокупности одного вида клеток, занимающей опреденное пространство. При культивировании популяция проходит пять фаз роста и размножения, в течение которых изменяются размеры клеток, скость размножения, морфологические и физиологические свойства.

Первая стадия — лаг-фаза (задержка роста). В этой стадии микрооанизмы не размножаются, а приспосабливаются к новым условиям среды. Приспособление выражается в синтезе адаптивных ферментов, нуклеиных кислот, белков. Характеризуется этот период интенсивным обменом веществ, увеличением в 2 — 3 раза размеров клеток. Длительность лаг-фазы зависит от питательной среды: чем полноценнее среда, тем короче лаг-фаза.

Вторая стадия — экспоненциальная фаза (фаза логариического роста). Число клеток в этой фазе увеличивается в геометричеой прогрессии: скорость размножения постоянная, продолжительность генерации минимальная. Продолжительность скорости размножения в этой фазе различна у разных микроорганизмов. Так, для Е. coli она может быть 20 — 30 мин, для Azotobacter — 70 — 80 мин.

Третья стадия — фаза замедленного роста, когда в резулате расхода питательных веществ и накопления продуктов жизнедеятелости размножение замедляется.

Четвертая стадия —  стационарная фаза (фаза зрелости). В этой фазе число новых клеток соответствует примерно числу клеток, переходих в стадию покоя. На протяжении всей фазы численность популяции не изменяется. У разных видов она наступает через различные промежутки времени: у Е. coli —  через 24 ч, у Azotobacter —  через 72 ч.

Пятая стадия — фаза старости (фаза затухания роста). В этой фазе гибель микроорганизмов превышает скорость их размножения. Отмаются морфологические изменения клеток. Отмирание микроорганизмов в культуре наступает под влиянием различных причин: истощения питателой среды, накопления в среде вредных продуктов обмена веществ, измения физико-химических свойств воды в неблагоприятную сторону. Некоторая часть клеток гибнет в результате автолиза, т. е под действием собствеых ферментов. Основную роль здесь играют протеолитические ферменты, которые вызывают разрушение белковых веществ в клетке, что приводит ее к гибели.