Một số vi khuẩn thở oxy, nhưng nhiều vi khuẩn sử dụng các hình thức hô hấp khác. Nói đúng ra, vi khuẩn không "thở" như con người và các động vật khác, nhưng chúng vẫn phải tham gia vào quá trình hô hấp tế bào . Hô hấp tế bào là phương pháp tế bào chuyển hóa chất thành năng lượng mà tế bào cần để duy trì sự sống. Vi khuẩn là một tập hợp vô cùng đa dạng gồm các sinh vật hô hấp theo nhiều cách khác nhau.
Để thực hiện quá trình hô hấp tế bào, tế bào cần một nguồn năng lượng, chẳng hạn như glucose và chất nhận điện tử. Quá trình này cho phép tế bào sản xuất adenosine triphosphate, đơn vị tiền tệ năng lượng cho tế bào. ATP viết tắt, adenosine triphosphate có thể cung cấp năng lượng cho bất kỳ chức năng nào cần thiết trong tế bào. Nhiều tế bào sử dụng oxy làm chất nhận điện tử, nhưng một số vi khuẩn sử dụng chất nhận điện tử khác trong phản ứng.
Một số vi khuẩn sử dụng sunfat, nitrat, lưu huỳnh hoặc fumarate làm chất nhận điện tử trong quá trình hô hấp tế bào. Những vi khuẩn như vậy được gọi là kỵ khí, vì chúng sống ở những khu vực không có oxy. Tuy nhiên, oxy là chất nhận điện tử hiệu quả hơn nhiều so với các hóa chất khác, vì vậy hô hấp kỵ khí hiệu quả hơn nhiều.
Đầu lịch sử của tế bào nhân thực, vi khuẩn hiếu khí cổ đại đã bị các tế bào lớn hơn nhấn chìm, chúng sử dụng chúng để sản xuất ATP bên trong tế bào. Những vi khuẩn cổ đại này đã tiến hóa thành các bào quan được gọi là ty thể, sản xuất năng lượng cho các tế bào nhân thực hiện đại.
