Vi khuẩn sinh sản vô tính thông qua dung hợp nhị phân. Dung hợp nhị phân là sự sao chép hoàn toàn vật chất di truyền của vi khuẩn, kết quả là một tế bào mẹ phân chia thành hai tế bào vi khuẩn giống hệt nhau. Nó có thể xảy ra nhanh chóng ở một lần phân chia cứ sau 20 phút, nguyên nhân là do khả năng nhân bản đáng kinh ngạc của vi khuẩn.
Khi bắt đầu phân chia nhị phân, vật chất di truyền của tế bào vi khuẩn được sao chép để hình thành hai bộ nhiễm sắc thể. Hai bản sao của nhiễm sắc thể di chuyển đến các vùng nucleotide riêng biệt, và màng sinh chất bắt đầu phát triển giữa hai bản sao. Khi những bản sao này tăng gấp đôi kích thước ban đầu, màng sinh chất sẽ chụm lại với nhau, tách tế bào vi khuẩn ban đầu thành hai tế bào con. Hai tế bào con này độc lập với nhau nhưng đôi khi vẫn có thể kết nối với nhau. Mối liên hệ này là thứ hình thành các thuộc địa ở một số loài. Vì các tế bào được tạo ra thông qua phản ứng tổng hợp nhị phân giống hệt nhau về mặt di truyền, chúng dễ dàng bị tiêu diệt bằng thuốc kháng sinh. Để chống lại điều này, vi khuẩn tái tổ hợp thông qua quá trình tiếp hợp, tải nạp và biến nạp.
Vi khuẩn là một loại vi khuẩn sống và một số có khả năng chuyển sang giai đoạn không hoạt động được gọi là "bào tử", trong đó chúng nghỉ ngơi cho đến khi các điều kiện đe dọa vượt qua. Bào tử có khả năng chịu nhiệt, khô khắc nghiệt, bức xạ và hóa chất độc hại.
