Năm nhóm sinh vật đơn bào chính là động vật nguyên sinh, vi khuẩn cổ, vi khuẩn, nấm đơn bào và tảo đơn bào. Trong khi các sinh vật đơn bào có thể là sinh vật nhân thực hoặc sinh vật nhân sơ, hầu hết là sinh vật nhân sơ. Hai lĩnh vực mà tế bào nhân sơ được phân chia là vi khuẩn cổ và vi khuẩn.
Mặc dù động vật nguyên sinh là sinh vật đơn bào, về mặt sinh học, chúng được phân loại là sinh vật nhân chuẩn. Sinh vật nhân chuẩn là sinh vật có tế bào có nhân. Mặc dù đơn giản, động vật nguyên sinh có những điểm tương đồng với động vật, chẳng hạn như khả năng di chuyển. Tảo và nấm đơn bào, có thể khá lớn mặc dù có cấu tạo giải phẫu đơn giản, cũng là sinh vật nhân chuẩn.
Cho đến cuối những năm 1970, Microbe World tuyên bố rằng các nhà khoa học cho rằng vi khuẩn cổ là một loại vi khuẩn. Tuy nhiên, mặc dù chúng trông giống nhau và có nhiều điểm tương đồng, cấu tạo gen của hai vi sinh vật này lại khác nhau. Cả vi khuẩn cổ và vi khuẩn đều là những ví dụ về sinh vật đơn bào nhân sơ. Cổ khuẩn và vi khuẩn là hai trong ba lĩnh vực chính mà hầu hết các nhà sinh vật học sử dụng để phân nhóm các sinh vật sống.
Archaea đã được phát hiện phát triển mạnh trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như suối nước nóng và lỗ thông hơi nước nóng dưới nước, cũng như môi trường có tính axit cao. Vi khuẩn cũng có thể được tìm thấy trong các môi trường khắc nghiệt cũng như gần như ở mọi nơi khác, khiến chúng trở thành một trong những nhóm đa dạng nhất trên hành tinh.
