Różne bakterie mają różne optymalne temperatury wzrostu w zależności od ich środowiska. Ludzkie bakterie jelitowe rozwijają się w temperaturze 98 stopni Celsjusza, podczas gdy ta sama temperatura byłaby śmiertelna dla większości bakterii roślinnych.
Większość bakterii występujących w codziennym otoczeniu rozwija się w temperaturze pokojowej. Bakterie termofilne, takie jak bakterie obecne we wrzących gorących źródłach Parku Narodowego Yellowstone i bakterie znajdujące się w głębokowodnych otworach termicznych, rozwijają się w wysokich temperaturach. Inne bakterie rozwijają się w niskich temperaturach, na antarktycznych lodowcach i wodach. Takie bakterie niskotemperaturowe mogą również rosnąć w lodówkach dla gospodarstw domowych, co powoduje rutynową dezynfekcję koniecznym środkiem antyseptycznym.
Różne bakterie mają różne zakresy temperatur do zamieszkania, określone przez trzy główne punkty zmiany fazy wody. Bakterie, które preferują temperatury podobne do ciepłokrwistych zwierząt, nazywa się mezofilami. Bakterie, które preferują podwyższone temperatury powyżej temperatury ciała, ale znacznie poniżej temperatury wrzenia wody w standardowych warunkach temperatury i ciśnienia, są określane jako termofile. Bakterie, które preferują temperatury wokół temperatury wrzenia wody, nazywa się ekstremalnymi termofilami. Bakterie, które preferują temperatury wokół punktu zamarzania wody, nazywa się psychrofilami. Wreszcie, bakterie, które mogą przetrwać i rosnąć powoli w punkcie zamarzania wody, ale dobrze się rozwijają w temperaturze pokojowej, nazywa się psychrotrofami. Te psychrotrofy powodują psucie się żywności mrożonej.
