这类微生物能氧化某种无机物并利用所产生的化学能还原二氧化碳和生成有机碳化合物。自然界中化能自养菌种类不多，并且氧化无机物的专性很强，例如硝化桿菌只能氧化亚硝酸盐。化能自养菌在土壤中有相当数量，对物质转化有一定作用。其能源为还原态的无机物，如铵盐、亚硝酸、硫、硫化氢、氢和亚铁化合物等；碳源为二氧化碳或碳酸盐。例如亚硝酸细菌、硝化细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。

凡以有机物为碳源、能源和供氢体的微生物称为化能有机营养型微生物，也称化能异养型微生物。该类型包括的微生物种类最多，作用也最强。已知的绝大多数细菌、放线菌、全部真菌和原生动物均属于此类型。化能异养菌的具体营养要求随种类而异。不同类群对碳源、氮源、矿质元素及生长素的需求表现出极大的差异。

自养型生物以无机碳（CO2）为碳源，异养型以有机碳为碳源。

一种有呼吸链的细菌能够利用氢，将氢原子活化，形成NADH2，进入呼吸链，产生ATP。这是生命的很大的进步！因为，早先生物利用有机物质产生NADH2，现在是利用无机物质产生NADH2。这种细菌一开始利用氢是为了获得ATP。
生命运动 ← ATP ← 呼吸链 ← NADH2 ← 氢
这种细菌利用氢形成NADH2，进入呼吸链产生ATP，比无氧呼吸产生的ATP多的多。具有很大优越性。由于能够产生很多ATP，这就给生物从无机物製造有机物提供了前提。于是这种细菌就进化为氢细菌，一种能够利用无机物製造有机物的细菌，化能自养细菌。
生命运←ATP← 呼吸链 ← NADH2 ← 氢　各种有机物质 ← 有机物质（碳水化合物） ← 无机物质