微生物的呼吸作用可分为好氧呼吸、厌氧呼吸和发酵三种。
好氧呼吸是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，基质的氧化以分子氧作为最终电子受体。其特点是基质脱氢后，脱下的氢（常以还原力[H]形式存在）经完整的呼吸链（或称电子传递链）传递，最终被外源氧分子接受，产生水并释放ATP形式的能量。这是一种递氢和受氢都必须在有氧条件下完成的氧化作用，是一种高效产能方式。
厌氧呼吸又称无氧呼吸，指以某些无机氧化物（如SO₄^2-、NO₃^－、CO₂等）作为受氢体（电子受体）的生物氧化。这是一类在无氧条件下进行的、产能效率低的呼吸。其特点是基质按常规途径脱氢后，经部分呼吸链递氢，最终由氧化态无机物或有机物受氢，并完成氧化磷酸化产能反应。
发酵有两个含义。广义发酵泛指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料等产品的生产方式。狭义发酵指在无氧条件下，基质脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交给某内源中间代谢产物，以实现基质水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。基质水平磷酸化的特点是基质在氧化过程中脱下的电子不经电子传递链的传递，而是通过酶促反应直接交给基质本身氧化的产物，同时将反应过程中释放的能量交给ADP，合成ATP。此种作用的最终产物是中间体的还原物，不再进行分解，因此，发酵不是彻底的氧化作用，产能效率低。