大多數微生物是單細胞生物，當細胞達到一定體積後，會進行二分裂形成兩個子細胞。因此，每一代微生物的數量增加一倍，這稱為指數生長。把微生物的數量與時間的變化繪製成曲線圖，會得出生長曲線。微生物的生長曲線通常包括四個階段：遲滯期、指數期、穩定期和死亡期。微生物的培養基分為固體培養基和液體培養基。固體培養基上微生物的菌落直徑粗略反映微生物的數量，因此通常通過量度菌落直徑量度其生長狀況。液體培養基中的微生物數量可用三種方法進行估算。一是使用細胞計數器，計算出細胞總數。再者，可將有機物分離出來，烘乾稱重來量度微生物的生物量。最後，可用光譜儀量度液體培養基的混濁度。
我們如何繪畫微生物的生長曲線呢？
繪畫生長曲線時，我們通常以對數（log10）的方式表達細胞數量，然後把細胞數量隨時間的變化繪製曲線圖。在實驗室，人們在不同時間量度樣本的細胞數目，以繪製該細胞在此生長環境下的生長曲線。
在一個密閉系統中培養微生物，微生物的生長會因養分的耗盡和代謝廢物的集聚而變得有限，微生物的生長曲線會呈 S 形。S 形的生長曲線包括以下四個階段：
微生物數量緩慢的增長。
這是因為微生物需要時間適應新環境和預備生長，在這個階段微生物會合成新的蛋白質、核酸和 ATP，供細胞分裂之用。
微生物的數量以指數方式增長，生長速率達到最高。
這是因為這個階段的營養素供應充足，環境條件合適。
微生物數量保持相對穩定，即細菌的生長速率與死亡率大致相等。
微生物數目的增加使營養素迅速被消耗，並且產生大量廢物。營養素的減少和廢物的累積，導致環境條件越來越不適合微生物生長，因此微生物的生長速率下降。當微生物的生長速率與死亡率相等，便達到動態平衡，即穩定期。
微生物數量迅速減少，微生物群體進入死亡期。
營養素進一步消耗，代謝廢物累積至有毒水平，微生物的生長速率進一步下降。微生物的死亡率超過其生長速率，群體活細胞數減少，進入死亡期。
