Bakterie można podzielić na tlenowe i beztlenowe. Główną różnicą między nimi jest fakt, że bakterie tlenowe potrzebują tlenu, aby pozostać przy życiu, podczas gdy bakterie beztlenowe nie potrzebują tlenu do procesów metabolicznych i przeżycia. Podczas gdy tlenowce są w stanie dobrze się rozwijać w siedliskach obfitujących w tlen, beztlenowce mogą umrzeć w obecności tlenu. Ten rodzaj bakterii ma przewagę wzrostu w obszarach ciała nienarażonych na działanie tlenu i może stać się zjadliwymi patogenami. Różnica w zdolności wykorzystania tlenu wśród tlenowców i beztlenowców jest ważna w leczeniu infekcji organizmu.
Klasyfikacja bakterii może opierać się nie tylko na tym, czy potrzebują tlenu, ale także na tym, jak go wykorzystują. Bezwzględne tlenowce to mikroorganizmy, które potrzebują tlenu, aby przetrwać i umrzeć pod jego nieobecność. Przykładem jest bakteria Bacillus anthracis. Beztlenowce beztlenowe to organizmy, które giną pod wpływem tlenu, takie jak Clostridium tetani i Clostridium botulinum, które powodują odpowiednio tężec i zatrucie jadem kiełbasianym.
Beztlenowce fakultatywne mogą żyć w obecności lub braku tlenu, ale wolą używać tlenu. Przykładami tego typu są Escherichia coli (E. coli) i Staphylococcus, czyli po prostu gronkowiec. Podtypy E. coli, takie jak O157:H7, powodują biegunkę krwotoczną, podczas gdy gronkowiec jest znany z powodowania infekcji skóry, takich jak czyraki, zapalenie mieszków włosowych i liszajec. Kiedy głęboka rana skóry zostaje zarażona gronkowcem, może wystąpić cięższa postać infekcji zwana zapaleniem tkanki łącznej.
Pozostałe dwie klasyfikacje to bakterie mikroaerofilne i bakterie aerotolerancyjne. Mikroaerofile mogą żyć w siedliskach o niższym poziomie tlenu w porównaniu z atmosferą. Przykładami mikroaerofilów są Helicobacter pylori, który powoduje wrzody trawienne i Borrelia burgdorferi, który powoduje chorobę z Lyme.
Bakterie beztlenowe tolerujące tlen nie mają żadnego zastosowania dla tlenu, ale jego obecność nie ma na nie negatywnego wpływu. Przykładem jest rodzaj Lactobacillus, który zwykle występuje w jelitach, skórze i pochwie. Kiedy populacje Lactobacillus w pochwie ulegają wyczerpaniu, bakterie takie jak Gardnerella vaginalis i Bacteroides namnażają się, prowadząc do bakteryjnego zapalenia pochwy.
Bakterie są hodowane w laboratorium mikrobiologicznym, aby zapewnić ważną wskazówkę dotyczącą ich tożsamości. W szczególności, w przypadku hodowli w probówce, można udokumentować następujące obserwacje. Beztlenowce bezwzględne gromadzą się na powierzchni pożywki, aby zmaksymalizować absorpcję tlenu, podczas gdy beztlenowce bezwzględne gromadzą się na dnie, aby trzymać się z dala od tlenu. Bakterie fakultatywne gromadzą się u góry, a mikroaerofile w górnej części, ale nie na powierzchni. Beztlenowce Aerotolerancyjne są równomiernie rozmieszczone na głębokości podłoża.
Ustalenie, czy bakteria jest tlenową czy beztlenową, jest ważne w leczeniu infekcji bakteryjnych. Leczenie infekcji wywołanych przez bakterie beztlenowe jest często trudniejsze, ponieważ są one oporne na zwykłe terapie antybiotykowe. Na przykład, leczenie bakterii, takich jak Bacillus fragilis, zwykle obejmuje kombinację antybiotyków, takich jak piperacylina/tazobaktam, imipenem/cylastatyna, amoksycylina/klawulanian i metronidazol plus cyprofloksacyna lub gentamycyna.