1683年，荷兰商人安东·列文虎克最先使用自己设计的单透镜显微镜观察到了细菌，大概放大了200倍。从此，细菌开始纳入人们的研究领域。什么是细菌呢？广义的细菌即为原核生物，是指一类细胞核无核膜包裹，只存在称作拟核区（或拟核）的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大类群。其中，除少数属古生菌外，多数的原核生物都是真细菌。可粗分为6种类型，即细菌（狭义）、放线菌、螺旋体、支原体、立克次氏体和衣原体。人们通常所说的即为狭义的细菌，狭义的细菌为原核微生物的一类，是一类形状细短、结构简单、多以二分裂方式进行繁殖的原核生物，是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有荚膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.5～5微米之间。可根据形状分为三类，即：球菌、杆菌和螺旋菌（包括弧菌、螺菌、螺杆菌）。按照细菌的生活方式，又可分为两大类：自养菌和异养菌。其中，异养菌包括腐生菌和寄生菌。
细菌是生物的主要类群之一，属于细菌域。细菌是所有生物中数量最多的一类，据估计，其总数约有5×103个。细菌的个体非常小，目前已知最小的细菌只有0.2微米长，因此大多数只能在显微镜下看到它们。细菌一般是单细胞生物，细胞结构简单，缺乏细胞核、细胞骨架以及膜状胞器，例如粒线体和叶绿体。基于这些特征，细菌属于原核生物。原核生物中还有另一类生物称做古细菌，是科学家依据演化关系而另辟的类别。为了区别，本类生物也被称做真细菌。
细菌广泛分布于土壤和水中，或者与其他生物共生。人体身上也带有相当多的细菌。据估计，人体内及表皮上的细菌细胞总数约是人体细胞总数的10倍。此外，也有部分种类分布在极端的环境中，例如温泉、甚至是放射性废弃物中，它们被归类为嗜极生物。其中，最著名的种类之一是海栖热袍菌，科学家是在意大利的一座海底火山中发现这种细菌的。然而，细菌的种类是如此之多，科学家研究过并命名的种类只占其中的小部分。细菌域下所有门类中，只有约一半包含能在实验室培养的种类。
细菌具有许多不同的代谢方式。一些细菌只需要二氧化碳作为它们的能源，被称做自养生物。那些通过光合作用从光中获取能量的，称为光合自养生物。那些依靠氧化化合物获取能量的，称为化能自养生物。另外一些细菌依靠有机物形式的碳作为碳源，称为异养生物。
光合自养菌包括蓝细菌，它是已知的最古老的生物，可能在制造地球大气的氧气中起了重要作用。其他的光合细菌则进行一些不制造氧气的过程，包括绿硫细菌、绿非硫细菌、紫硫细菌、紫非硫细菌等。
细菌正常生长所需要的营养物质包括氮、硫、磷、维生素和金属元素，例如钠、钾、钙、铁、锌和钴等。
细菌对环境、人类和动物既有用处又有危害。一些细菌成为病原体，导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。在植物中，细菌导致叶斑病、火疫病和萎蔫。感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。病原体可以用抗菌素处理，抗菌素分为杀菌型和抑菌型。
在土壤中，微生物中固氮菌的酶能将氮气转化为氨，并为植物所利用。这些微生物位于根系周围（包括根表面和经轻微晃动后仍附着在根上的土壤）。一些细菌可以利用氮气分子作为氮源，将其转化为含氮化合物，称为固氮。另外一些细菌与人类或其他生物共生。例如，存在于肠道内的细菌，如乳酸菌可以帮助阻止具有潜在威胁的有害微生物生长，以及分泌有益人体的物质，提供少量的维生素。
细菌具有非凡的降解各种有机化合物的能力。高度专一的微生物在特定种类的有机化合物的矿化过程中起了重要作用。例如，植物组织中大量存在的纤维素的分解主要由需氧细菌纤维粘菌来完成的。
细菌通常与酵母和霉菌一起被用于发酵食物，例如干酪、泡菜、酱油、醋、酒、酸奶等。使用生物技术，可以将细菌经基因工程修饰后用于生产药物，例如胰岛素，或者用于有毒废物的生物处理。
生物学家曾预言，21世纪将是细菌发电造福人类的时代。说起细菌发电，可以追溯到1910年，英国植物学家利用铂作为电极放进大肠杆菌的培养液里，成功地制造出世界上第一个细菌电池。1984年，美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池，其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。不过，那时的细菌电池放电效率较低。到了20世纪80年代末，细菌发电才有了重大突破，英国化学家让细菌在电池组里分解分子，以释放电子向阳极运动产生电能。其方法是，在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液，来提高生物系统输送电子的能力。在细菌发电期间，还要往电池里不断地充气，用以搅拌细菌培养液和氧化物质的混和物。据计算，利用这种细菌电池，每100克糖可获得1352930库仑的电能，其效率可达40%，远远高于现在使用的电池的效率，而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2安培电流，且能持续数月之久。
现在，各种不同的细菌电池相继问世。例如有一种综合细菌电池，先由电池里的单细胞藻类利用日光将二氧化碳和水转化成糖，然后再让细菌利用这些糖来发电。还有一种细菌电池则是将两种细菌放入电池的特制糖浆中，让一种细菌吞食糖浆产生醋酸和有机酸，再让另一种细菌将这些酸类转化成氢气，利用氢气进入磷酸燃料电池发电。