Bakteri dapat diklasifikasikan menjadi aerob dan anaerob. Perbedaan utama antara keduanya adalah fakta bahwa bakteri aerob membutuhkan oksigen untuk tetap hidup, sedangkan bakteri anaerob tidak bergantung pada oksigen untuk proses metabolisme dan kelangsungan hidup. Sementara aerob dapat berkembang di habitat yang memiliki oksigen berlimpah, anaerob dapat mati dengan adanya oksigen. Jenis bakteri ini memang memiliki keunggulan pertumbuhan di area tubuh yang tidak terpapar oksigen, dan mereka dapat menjadi patogen yang mematikan. Perbedaan dalam kapasitas untuk memanfaatkan oksigen antara aerob dan anaerob penting dalam pengobatan infeksi tubuh.
Klasifikasi bakteri dapat didasarkan tidak hanya pada apakah mereka membutuhkan oksigen atau tidak, tetapi juga pada bagaimana mereka menggunakannya. Aerob obligat adalah mikroorganisme yang membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup dan mati jika tidak ada oksigen. Contohnya adalah bakteri Bacillus anthracis. Anaerob obligat adalah organisme yang mati ketika terkena oksigen, seperti Clostridium tetani dan Clostridium botulinum, yang masing-masing menyebabkan tetanus dan botulisme.
Anaerob fakultatif dapat hidup dengan ada atau tidak adanya oksigen, tetapi lebih suka menggunakan oksigen. Contoh jenis ini termasuk Escherichia coli (E. coli) dan Staphylococcus, atau hanya staph. Subtipe E. coli, seperti O157:H7, menyebabkan diare hemoragik, sedangkan staph diketahui menyebabkan infeksi kulit seperti bisul, folikulitis, dan impetigo. Ketika laserasi kulit dalam terinfeksi staph, bentuk infeksi yang lebih parah yang disebut selulitis dapat terjadi.
Dua klasifikasi lainnya adalah bakteri mikroaerofilik dan bakteri aerotoleran. Mikroaerofil dapat hidup di habitat yang memiliki kadar oksigen lebih rendah dibandingkan dengan atmosfer. Contoh mikroaerofil adalah Helicobacter pylori, yang menyebabkan tukak lambung, dan Borrelia burgdorferi, yang menyebabkan penyakit Lyme.
Bakteri anaerob aerotoleran tidak memiliki kegunaan untuk oksigen tetapi tidak terpengaruh oleh kehadirannya. Contohnya adalah genus Lactobacillus, yang biasanya ditemukan di usus, kulit, dan vagina. Ketika populasi Lactobacillus di vagina menjadi habis, bakteri seperti Gardnerella vaginalis dan Bacteroides berkembang biak, menyebabkan vaginosis bakteri.
Bakteri dikultur di laboratorium mikrobiologi untuk memberikan petunjuk penting tentang identitas mereka. Secara khusus, ketika ditanam dalam tabung reaksi, pengamatan berikut dapat didokumentasikan. Aerob obligat berkumpul di permukaan media kultur untuk memaksimalkan penyerapan oksigen, sedangkan anaerob obligat berkumpul di bagian bawah untuk menjauhkan diri dari oksigen. Bakteri fakultatif berkumpul di dekat bagian atas, sementara mikroaerofil berkumpul di dekat bagian atas, tetapi tidak di permukaan. Aerotoleran anaerob tersebar merata di sepanjang kedalaman media.
Mengidentifikasi apakah bakteri adalah aerob atau anaerob penting dalam pengobatan infeksi bakteri. Pengobatan infeksi yang disebabkan oleh bakteri anaerob seringkali lebih menantang karena mereka resisten terhadap terapi antibiotik biasa. Misalnya, pengobatan bakteri seperti Bacillus fragilis biasanya mencakup antibiotik kombinasi seperti piperacillin/tazobactam, imipenem/cilastatin, amoxicillin/clavulanate, dan metronidazol plus ciprofloxacin atau gentamicin.