Vi khuẩn nhân lên thông qua phân hạch nhị phân. Quá trình này bao gồm việc phân chia một tế bào thành hai tế bào con giống hệt nhau và nó bắt đầu khi DNA của vi khuẩn phân chia thành hai lần sao chép. Tế bào vi khuẩn tách thành hai tế bào con có ADN giống hệt tế bào mẹ.
Các tế bào con là bản sao của tế bào mẹ. Thời gian thế hệ bắt đầu từ khi hình thành tế bào cho đến khi phân chia tế bào. Đây là thời gian cần thiết để số lượng ô tăng gấp đôi.
Sự phát triển của vi khuẩn bao gồm pha trễ, pha log, pha tĩnh và pha chết. Nó bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, sự sẵn có của chất dinh dưỡng, cung cấp oxy, cung cấp nước và độ chua trung bình. Nhiệt độ tối ưu cho sự nhân lên của vi khuẩn nằm giữa nhiệt độ mà nguyên sinh chất đông lại và điểm đóng băng của nước. Chúng cần chất dinh dưỡng để phát triển, và chúng thường cần chất hữu cơ. Chúng cũng không thể sinh sản nếu không có nước. Nhiều vi khuẩn không thể chịu được điều kiện khô, nhưng một số khác có thể tồn tại trong nhiều tháng hoặc nhiều năm. Vi khuẩn hiếu khí cần oxy để phát triển, trong khi vi khuẩn kỵ khí lại thấy độc hại. Hầu hết vi khuẩn phát triển mạnh trong môi trường có độ pH khoảng 7, là độ pH trung tính.
Một số vi khuẩn, chẳng hạn như xoắn khuẩn Escherichia, có khả năng phân chia 20 phút một lần trong điều kiện thuận lợi. Khi có sẵn chất dinh dưỡng và nhiệt độ lý tưởng, một loại vi khuẩn có thể tạo ra 2.097.152 vi khuẩn chỉ trong bảy giờ. Sau một giờ nữa, vi khuẩn có thể tăng lên 16.777.216. Đây là nguyên nhân khiến con người nhanh chóng mắc bệnh khi vi khuẩn gây bệnh xâm nhập cơ thể.
