Diferentes bacterias tienen diferentes temperaturas de crecimiento óptimas según sus entornos. Las bacterias intestinales humanas prosperan a 98 grados Fahrenheit, mientras que esta misma temperatura sería letal para la mayoría de las bacterias de las plantas.
La mayoría de las bacterias que se encuentran en el entorno cotidiano prosperan a temperatura ambiente. Las bacterias termofílicas, como las bacterias presentes en las aguas termales en ebullición del Parque Nacional de Yellowstone y las bacterias que se encuentran alrededor de los respiraderos térmicos de aguas profundas, prosperan a altas temperaturas. Otras bacterias prosperan en temperaturas frías, en glaciares y aguas antárticas. Estas bacterias de baja temperatura también pueden crecer en los refrigeradores domésticos, lo que hace necesaria la desinfección de rutina con un antiséptico.
Las diferentes bacterias tienen diferentes rangos de temperaturas habitables, definidas por los tres puntos cardinales de cambio de fase del agua. Las bacterias que prefieren temperaturas alrededor de las de los animales de sangre caliente se llaman mesófilos. Las bacterias que prefieren temperaturas elevadas por encima de la temperatura corporal pero considerablemente por debajo del punto de ebullición del agua en condiciones normales de temperatura y presión se denominan termófilos. Las bacterias que prefieren temperaturas alrededor del punto de ebullición del agua se llaman termófilos extremos. Las bacterias que prefieren las temperaturas alrededor del punto de congelación del agua se llaman psicrófilos. Finalmente, las bacterias que pueden sobrevivir y crecer lentamente en el punto de congelación del agua pero que prosperan a temperatura ambiente se denominan psicotrofos. Estos psicotrofos son los que causan que los alimentos congelados se echen a perder con el tiempo.
