Med de rette betingelser (mad, korrekt temperatur osv.) kan mikrober vokse meget hurtigt. Afhængigt af situationen kan dette være en god ting for mennesker (gær, der vokser i urt til fremstilling af øl) eller en dårlig ting (bakterier, der vokser i din hals og forårsager halsbetændelse). Det er vigtigt at have viden om deres vækst, så vi kan forudsige eller kontrollere deres vækst under bestemte forhold.

Mens vækst for muticelluære organismer typisk måles i form af stigningen i størrelsen af en enkelt organisme, måles mikrobiel vækst ved stigningen i populationen, enten ved at måle stigningen i celletallet eller stigningen i den samlede masse.

Bakteriel deling

Bakterier og archaea formerer sig kun aseksuelt, mens eukartyotiske mikrober kan foretage enten seksuel eller aseksuel formering. Bakterier og arkæer deltager oftest i en proces, der er kendt som binær fission, hvor en enkelt celle deler sig i to lige store celler. Andre, mindre almindelige processer kan omfatte multipel fission, knopdannelse og produktion af sporer.

Processen begynder med celleudvidelse, som kræver omhyggelig udvidelse af cellemembranen og cellevæggen ud over en forøgelse af cellens volumen. Cellen begynder at replikere sit DNA som forberedelse til at have to kopier af sit kromosom, en til hver nyligt dannet celle. Proteinet FtsZ er afgørende for dannelsen af en skillevæg, som i begyndelsen viser sig som en ring i midten af den forlængede celle. Efter at nukleoiderne er blevet udskilt til hver ende af den forlængede celle, er septumdannelsen afsluttet, hvorved den forlængede celle deles i to lige store datterceller. Hele processen eller cellecyklussen kan tage så lidt som 20 minutter for en aktiv kultur af E. coli-bakterier.

Vækstkurve

Da bakterier er lette at dyrke i laboratoriet, er deres vækst blevet studeret indgående. Det er blevet fastslået, at bakterier i et lukket system eller en batchkultur (ingen tilsætning af føde eller fjernelse af affald) vil vokse efter et forudsigeligt mønster, hvilket resulterer i en vækstkurve bestående af fire forskellige vækstfaser: forsinkelsesfasen, den eksponentielle fase eller logfasen, den stationære fase og dødsfasen eller nedgangsfasen. Desuden kan denne vækstkurve give generationstiden for en bestemt organisme – den tid, det tager for populationen at fordoble sig.

Detaljerne i forbindelse med hver enkelt vækstkurve (antal celler, længden af hver fase, hurtighed af vækst eller død, samlet tidsrum) vil variere fra organisme til organisme eller endog med forskellige betingelser for den samme organisme. Men mønsteret med fire forskellige vækstfaser vil typisk forblive.

Lagfase

Lagfasen er en tilpasningsperiode, hvor bakterierne tilpasser sig deres nye forhold. Længden af forsinkelsesfasen kan variere betydeligt, afhængigt af hvor forskellige forholdene er i forhold til de forhold, som bakterierne kom fra, samt bakteriecellernes egen tilstand. Aktivt voksende celler, der overføres fra en type medie til den samme type medie med de samme miljøforhold, vil have den korteste forsinkelsesperiode. Beskadigede celler vil have en lang forsinkelsesperiode, da de skal reparere sig selv, før de kan deltage i reproduktionen.

Typisk syntetiserer celler i forsinkelsesperioden RNA, enzymer og essentielle metabolitter, som måske mangler i deres nye miljø (f.eks. vækstfaktorer eller makromolekyler), samt tilpasser sig miljømæssige ændringer som f.eks. ændringer i temperatur, pH eller ilttilgængelighed. De kan også foretage eventuelle nødvendige reparationer af skadede celler.

Exponentiel eller logfasen

Når cellerne har akkumuleret alt, hvad de har brug for til vækst, går de over til celledeling. Den eksponentielle eller logfase i væksten er kendetegnet ved forudsigelige fordoblinger af populationen, hvor 1 celle bliver til 2 celler, bliver til 4, bliver til 8 osv. Forhold, der er optimale for cellerne, vil resultere i meget hurtig vækst (og en stejlere hældning på vækstkurven), mens mindre optimale forhold vil resultere i langsommere vækst. Celler i den eksponentielle vækstfase er de sundeste og mest ensartede, hvilket forklarer, hvorfor de fleste eksperimenter anvender celler fra denne fase.

På grund af forudsigeligheden af væksten i denne fase kan denne fase bruges til matematisk at beregne den tid, det tager for bakteriepopulationen at fordoble antallet, kendt som generationstiden (g). Denne information bruges af mikrobiologer i grundforskning såvel som i industrien. For at bestemme generationstiden kan den naturlige logaritme af celletallet plottes mod tiden (hvor enhederne kan variere afhængigt af væksthastigheden for den pågældende population) ved hjælp af en semilogaritmisk graf for at generere en linje med en forudsigelig hældning.
Hældningen af linjen er lig med 0,301/g. Alternativt kan man stole på det faste forhold mellem det oprindelige antal celler ved starten af den eksponentielle fase og antallet af celler efter en vis tidsperiode, som kan udtrykkes ved:

\mathrm{N = N_{0}2^{n}}}

hvor N er den endelige cellekoncentration, N0 er den oprindelige cellekoncentration, og n er antallet af generationer, der har fundet sted mellem den angivne tidsperiode. Generationstiden (g) kan repræsenteres ved t/n, hvor t er det angivne tidsrum i minutter, timer, dage eller måneder. Hvis man således kender cellekoncentrationen ved starten af den eksponentielle vækstfase og cellekoncentrationen efter et vist tidsrum med eksponentiel vækst, kan antallet af generationer beregnes. Derefter kan man ved hjælp af den tid, som væksten fik lov til at fortsætte (t), beregne g.

Stationær fase

Alle gode ting må have en ende (ellers ville bakterier svare til Jordens masse på 7 dage!). På et tidspunkt løber bakteriepopulationen tør for et vigtigt næringsstof/kemikalie, eller dens vækst hæmmes af dens egne affaldsprodukter (det er en lukket beholder, husk det!) eller mangel på fysisk plads, hvilket får cellerne til at gå ind i den stationære fase. På dette tidspunkt er antallet af nye celler, der produceres, lig med antallet af celler, der dør, eller væksten er helt ophørt, hvilket resulterer i en udfladning af væksten på vækstkurven.

Fysiologisk set bliver cellerne helt anderledes på dette tidspunkt, da de forsøger at tilpasse sig deres nye sultforhold. De få nye celler, der produceres, er mindre i størrelse, og bacillerne bliver næsten sfæriske i form. Deres plasmamembran bliver mindre flydende og permeabel og får flere hydrofobiske molekyler på overfladen, som fremmer celleadhæsion og aggregering. Nukleoidet kondenserer, og DNA’et bliver bundet med DNA-bindende proteiner fra udsultede celler (DPS) for at beskytte DNA’et mod skader. Ændringerne er designet til at gøre det muligt for cellen at overleve i længere tid under ugunstige forhold, mens den venter på mere optimale forhold (f.eks. en infusion af næringsstoffer). De samme strategier anvendes af celler i oligotrofiske miljøer eller miljøer med lavt næringsindhold. Det er blevet antaget, at celler i den naturlige verden (dvs. uden for laboratoriet) typisk eksisterer i lange perioder i oligotrofe miljøer med kun sporadiske infusioner af næringsstoffer, der bringer dem tilbage til eksponentiel vækst i meget korte perioder.

I den stationære fase er celler også tilbøjelige til at producere sekundære metabolitter eller metabolitter, der produceres efter aktiv vækst, såsom antibiotika. Celler, der er i stand til at fremstille en endospore, vil aktivere de nødvendige gener i denne fase for at indlede sporulationsprocessen.

Død- eller aftagende fase

I den sidste fase af vækstkurven, død- eller aftagende fase, falder antallet af levedygtige celler på en forudsigelig (eller eksponentiel) måde. Hældningens stejlhed svarer til, hvor hurtigt cellerne mister levedygtighed. Man mener, at kulturbetingelserne er blevet forringet til et punkt, hvor cellerne er blevet uopretteligt skadet, da celler indsamlet i denne fase ikke viser vækst, når de overføres til frisk medium. Det er vigtigt at bemærke, at hvis turbiditeten af en kultur måles som en måde at bestemme celletætheden på, vil målingerne måske ikke falde i denne fase, da cellerne stadig kan være intakte.

Det er blevet foreslået, at de celler, der menes at være døde, kan genoplives under særlige betingelser, en tilstand, der beskrives som levedygtige, men ikke-kulturbare (VBNC). Denne tilstand kan være af betydning for patogener, hvor de går ind i en tilstand med meget lavt stofskifte og manglende celledeling, for så at genoptage væksten på et senere tidspunkt, når forholdene forbedres.

Det er også blevet vist, at 100 % celledød er usandsynligt for enhver cellepopulation, da cellerne muterer for at tilpasse sig deres miljøforhold, uanset hvor barske de er. Ofte er der observeret en tailing-effekt, hvor en lille population af cellerne ikke kan aflives. Desuden kan disse celler drage fordel af deres død af deres medceller, som tilfører næringsstoffer til miljøet, når de lyser og frigiver deres celleindhold.