在原核微生物中，有氧呼吸是在細胞質中和細胞膜上進行的，而在真核微生物細胞中，這種過程則是在線粒體基質中進行。
進行無氧呼吸的是厭氧微生物和兼性厭氧微生物。根據接受傳遞來的氫的化合物的不同，可分為硫酸鹽呼吸、硝酸鹽呼吸和碳酸鹽呼吸等。
硫酸鹽呼吸又稱硫酸鹽還原作用，具有這種呼吸作用的微生物叫做硫酸鹽還原菌，它們是嚴格厭氧菌。硫酸鹽呼吸是自然界中硫素循環中一個不可缺少的環節，當然，硫酸鹽還原形成的主要產物之一硫化氫，不僅會汙染大氣和水環境，而且還會造成埋藏的金屬管道與建築構件的腐蝕。
硝酸鹽呼吸也稱硝酸鹽還原作用或反硝化作用，具有這種功能的微生物都是兼性厭氧微生物。硝酸鹽還原作用又有同化還原和異化還原之分。同化還原的產物是含氨基的化合物，它們進一步參與細胞中有機氮的合成（例如蛋白質的合成）；異化還原的最終產物是氮氣，返回到大氣中。硝酸鹽呼吸是自然界中氮素循環中的重要環節。
碳酸鹽呼吸即碳酸鹽還原作用，是在厭氧條件下進行的，具有這類功能的微生物一類為產甲烷菌，產物為甲烷；另一類為產乙酸菌，產物主要或全部是乙酸。
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