Có ba nhóm Vi khuẩn cổ chính: Crenarchaeota, Euryarchaeota và Korarchaeota. Crenarchaeota có khả năng chịu nhiệt cực tốt và Euryarchaeota tồn tại trong môi trường sống không có oxy hoặc mặn. Korarchaeota là nhóm ít được hiểu nhất.
Hầu hết các vi khuẩn Archaeabacteria là những sinh vật ưa cực đoan phát triển mạnh trong môi trường sống không thích nghi với hầu hết các sự sống khác. Crenarchaeota là loài ưa nhiệt, nhiều loài cũng chịu được lưu huỳnh và độ chua cao. Những sinh vật này sống trong môi trường sống núi lửa và suối nước nóng. Độ pH trong môi trường của chúng dao động từ 5 đến 1 và chúng chịu được nhiệt độ trên 230 độ F.
Euryarchaeota chứa các sinh vật ưa ngọt, sinh vật phát triển mạnh trong môi trường như hồ muối. Nhóm này cũng bao gồm các methanogens sống trong điều kiện yếm khí, chẳng hạn như vùng đầm lầy và thậm chí là ruột của các động vật khác. Khí mêtan là sản phẩm của quá trình chuyển hóa metan.
Giống như Crenarchaeota, Korarchaeota sống trong môi trường sống có nhiệt độ cao, chẳng hạn như suối nước nóng. Những sinh vật này là nguyên thủy và chúng là một số vi khuẩn cổ ít phổ biến nhất trong tự nhiên.
Archaebacteria và Eubacteria, hoặc vi khuẩn thực sự, có chung tổ tiên và vi khuẩn cổ tương tự như vi khuẩn thật, cũng như sự sống của sinh vật nhân chuẩn. Nghiên cứu cho thấy rằng sinh vật nhân sơ phát triển, tiến hóa, từ Vi khuẩn cổ. Hơn nữa, người ta giả thuyết rằng sinh vật nhân chuẩn và Crenarchaeota có nhiều điểm chung hơn so với các nhóm Vi khuẩn cổ khác nhau có với nhau.
