Các nhà khoa học nghiên cứu vi khuẩn cố gắng tạo ra môi trường nuôi cấy cực thuận trong phòng thí nghiệm, với nguồn năng lượng thiết yếu, các chất dinh dưỡng, pH và nhiệt độ mà khả năng sinh trưởng của vi khuẩn có thể dự đoán được.
(a) 
(b) 
(c)
Hình 1 (a) Các khuẩn lạc E. coli sinh trưởng trên đĩa thạch agar. (b) Hai dạng khuẩn lạc nhẵn và thô nhám - trên và dưới - của S. pneumoniae; và (c) phương pháp thu nhận bản sao các khuẩn lạc qua đêm sinh trưởng trên môi trường đặc hiệu: các khuẩn lạc mọc được có màu xanh và không mọc được màu trắng.
Vi khuẩn có thể được nuôi cấy trên môi trường đặc (thường chứa thạch agar) hoặc trong môi trường lỏng. Trong môi trường lỏng, vi khuẩn sinh sản theo hàm số mũ cho đến khi hết chất dinh dưỡng hoặc cho đến khi tích luỹ những sản phẩm độc hại. Số lượng vi khuẩn tồn tại ở mỗi thời điểm trong môi trường lỏng có thể xác định được một cách dễ dàng. Dùng pipet đưa một mẫu nhỏ lên đĩa petri có môi trường đặc rồi cấy chải đều trên mặt thạch. Sau thời gian ủ 24 - 36 giờ mỗi tế bào vi khuẩn sẽ cho một cụm tế bào có thể dễ dàng nhìn thấy được bằng mắt thường gọi là khuẩn lạc (colonies; Hình 1 a) chứa hàng triệu tế bào, ngay cả trong những điều kiện sinh trưởng tương đối nghèo nàn. Do đó, các thí nghiệm ở E. coli thường chỉ mất một ngày, trong khi ở ngô chẳng hạn phải mất hàng tháng.. Khả năng mọc hay không mọc của vi khuẩn trên những môi trường riêng biệt giúp ta xác định kiểu gene của tế bào vi khuẩn (Hình 1 c).
Các vi khuẩn thường trải qua các pha sinh trưởng trong môi trường nuôi cấy huyền phù như sau (xem Hình 2):
(i) Pha lag: Sinh trưởng thoạt đầu rất chậm, vì chúng phải làm quen với đời sống trong các điều kiện mới.
(ii) Pha log (logarithmic hay exponential): Một khi bộ máy chuyển hoá vận hành, chúng bắt đầu phân chia theo hàm số mũ, gấp đôi số lượng sau vài phút: 
.
(iii) Pha dừng (stationary): Khi môi trường sống cạn kiệt, sự sinh trưởng vi khuẩn dừng lại và ổn định về số lượng. Và, cuối cùng,
(iv) Pha chết (death): Các sản phẩm độc do bài tiết tích luỹ có thể gây chết vi khuẩn.
Hình 2 Các tế bào vi khuẩn E. coli đang phân chia (bên trái), và đường cong sinh trưởng của vi khuẩn trong dịch huyền phù (bênphải; trục tung biểu thị số tế bào tăng theo hàm số mũ, và trục hoành biểu thị thời gian).
ö Đã nhiều lần các nhà nghiên cứu muốn xác định xem bằng cách nào các tế bào phân chia hay sinh trưởng một cách nhanh chóng như vậy. Một phương pháp đơn giản để đo tốc độ sinh trưởng là đếm số tế bào trong một đơn vị thể tích nhỏ (aliquot) tại nhiều thời điểm và biểu diễn một đường cong sinh trưởng (growth curve; Hình 3). Đó là một đường cong không quá cong lắm như như đồ thị về số lượng tế bào (number of cells) đếm được tại các thời điểm khác nhau. Nếu như các tế bào có được không gian và dưỡng chất không giới hạn, thì chúng sẽ sinh trưởng ở tốc độ hàm số mũ. Như chỉ ra ở Hình 3, cùng các số liệu về đường cong sinh trưởng như nhau được phác hoạ trên một thang tuyến tính (linear scale) hay thang log (log scale).
Mặc dù các tế bào có thể sinh trưởng một cách vô hạn trong một không gian nào đó, nhưng các phòng thí nghiệm thì không thể làm được những cái lọ to quá cỡ. Vì vậy các tế bào thường được cho sinh trưởng trong các môi trường pha loãng. Chẳng hạn, thử hình dung 1.000 tế bào được cho vào trong một cái lọ và sau đó có 1.000.000 tế bào dược sinh ra trong đó. Nếu mất độ tế bào quá dày đặc, thì chúng sẽ sinh trưởng chậm lại. Để ngăn chặn sự suy giảm các tế bào, thì một phần mẫu đại diện của các tế bào (ví dụ, một mL chứa 1.000 tế bào) sẽ được chuyển sang một lọ mới và sẽ sinh trưởng. Quá trình lấy một số tế bào từ lọ này và cho sinh trưởng tiếp tục trong một lọ mới cho đến khi nhà nghiên cứu có đủ số lượng tế bào để tiến hành thí nghiệm.
Có nhiều cách khác nhau để đo ttốc độ sinh trưởng. Đôi khi, người ta bổ sung các dNTP có đánh dấu đồng vị phóng xạ (radioactive) vào môi trường nuôi cấy các tế bào. Khi các tế bào tái bản các DNA của chúng, chúng sẽ kết hợp các dNTP vào trong DNA của chúng và qua đó có thể định lượng được. Phương pháp tái bản DNA này thường được dùng để dành các mẫu mô sống hoặc các tế bào eukaryote được cho sinh trưởng trong các đĩa nuôi cấy. Các vi khuẩn, nấm men và nhiều vi sinh vật khác thường được đếm một cách trực tiếp.
Hình 3 Các đường cong sinh trưởng. Đồ thị bên trái cho thấy tốc độ sinh trưởng được biểu thị bằng các chấm trên một thang tuyến tính. Đồ thị bên phải cho thấy cùng số liệu đó trên thang logarith.
Đặc điểm sinh trưởng của Vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy
