Diversi batteri hanno diverse temperature di crescita ottimali a seconda del loro ambiente. I batteri intestinali prosperano a 98 gradi Fahrenheit, mentre questa stessa temperatura sarebbe letale per la maggior parte dei batteri vegetali.
La maggior parte dei batteri presenti nell'ambiente quotidiano prosperano a temperatura ambiente. I batteri termofili, come i batteri presenti nelle sorgenti bollenti del Parco Nazionale di Yellowstone e i batteri che si trovano intorno alle bocche termiche in acque profonde, prosperano alle alte temperature. Altri batteri prosperano a basse temperature, nei ghiacciai e nelle acque dell'Antartico. Tali batteri a bassa temperatura possono anche crescere nei frigoriferi domestici, rendendo la disinfezione di routine con un antisettico necessario.
Diversi batteri hanno diversi intervalli di temperature abitabili, definiti dai tre punti cardinali di cambiamento di fase dell'acqua. I batteri che preferiscono le temperature intorno a quelli degli animali a sangue caldo sono chiamati mesofili. I batteri che preferiscono temperature elevate superiori alla temperatura corporea ma considerevolmente al di sotto del punto di ebollizione dell'acqua alle condizioni standard di temperatura e pressione sono chiamati termofili. I batteri che preferiscono le temperature attorno al punto di ebollizione dell'acqua sono chiamati termofili estremi. I batteri che preferiscono le temperature attorno al punto di congelamento dell'acqua sono chiamati psicofili. Infine, i batteri che possono sopravvivere e crescere lentamente al punto di congelamento dell'acqua ma prosperano a temperature ambiente sono chiamati psicotrofi. Questi psicotrofi sono ciò che causa il deterioramento dei cibi surgelati nel tempo.
