海洋細(xì)菌分布廣、數(shù)量多，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著特殊的作用。海洋中細(xì)菌數(shù)量分布的規(guī)律是：近海區(qū)的細(xì)菌密度較大洋大，內(nèi)灣與河口內(nèi)密度尤大；表層水和水底泥界面處細(xì)菌密度較深層水大，一般底泥中較海水中大；不同類型的底質(zhì)間細(xì)菌密度差異懸殊，一般泥土中高于沙土。大洋海水中細(xì)菌密度較小，每毫升海水中有時(shí)分離不出1個(gè)細(xì)菌菌落，因此必須采用薄膜過濾法將一定體積的海水樣品用孔徑0.2微米的薄膜過濾，使樣品中的細(xì)菌聚集在薄膜上，再采用直接顯微計(jì)數(shù)法或培養(yǎng)法計(jì)數(shù)。大洋海水中細(xì)菌密度一般為每40毫升幾個(gè)至幾十個(gè)。在海洋調(diào)查時(shí)常發(fā)現(xiàn)某一水層中細(xì)菌數(shù)量劇增，這種微區(qū)分布現(xiàn)象主要決定于海水中有機(jī)物質(zhì)的分布狀況。一般在赤潮之后往往伴隨著細(xì)菌數(shù)量增長的高峰。有人試圖利用微生物分布狀況來指示不同水團(tuán)或溫躍層界面處有機(jī)物質(zhì)積聚的特點(diǎn)，進(jìn)而分析水團(tuán)來源或轉(zhuǎn)移的規(guī)律。

海水中的細(xì)菌以革蘭氏陰性桿菌占優(yōu)勢，常見的有假單胞菌屬等10余個(gè)屬。相反，海底沉積土中則以革蘭氏陽性細(xì)菌偏多。芽孢桿菌屬是大陸架沉積土中最常見的屬。

海洋真菌多集中分布于近岸海域的各種基底上，按其棲住對象可分為寄生于動(dòng)植物、附著生長于藻類和棲住于木質(zhì)或其他海洋基底上等類群。某些真菌是熱帶紅樹林上的特殊菌群。某些藻類與菌類之間存在著密切的營養(yǎng)供需關(guān)系，稱為藻菌半共生關(guān)系。

大洋海水中酵母菌密度為每升5～10個(gè)，近岸海水中可達(dá)每升幾百至幾千個(gè)。海洋酵母菌主要分布于新鮮或腐爛的海洋動(dòng)植物體上，多數(shù)來源于陸地，只有少數(shù)種被認(rèn)為是海洋種。海洋中酵母菌的數(shù)量分布僅次于海洋細(xì)菌。

海洋堪稱為“世界上最龐大的恒化器”，能承受巨大的沖擊（如污染）而仍保持其生命力和生產(chǎn)力。微生物在其中是不可缺少的活躍因素。自人類開發(fā)利用海洋以來，競爭性的捕撈和航海活動(dòng)、大工業(yè)興起帶來的污染以及海洋養(yǎng)殖場的無限擴(kuò)大，使海洋生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡遭受嚴(yán)重破壞。海洋微生物以其敏感的適應(yīng)能力和飛快的繁殖速度在發(fā)生變化的新環(huán)境中迅速形成異常環(huán)境微生物區(qū)系，積極參與氧化還原活動(dòng)，調(diào)整與促進(jìn)新動(dòng)態(tài)平衡的形成與發(fā)展。從暫時(shí)或局部的效果來看，其活動(dòng)結(jié)果可能是利與弊兼有；但從長遠(yuǎn)或全局的效果來看，微生物的活動(dòng)始終是海洋生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展過程中最積極的一環(huán)。

海洋中的微生物多數(shù)是分解者，但有一部分是生產(chǎn)者，因而具有雙重的重要性。實(shí)際上，微生物參與海洋物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化的全過程。海洋中分解有機(jī)物質(zhì)的代表性菌群是：分解有機(jī)含氮化合物者有分解明膠、魚蛋白、蛋白胨、多肽、氨基酸、含硫蛋白質(zhì)以及尿素等的微生物；利用碳水化合物類者有主要利用各種糖類、淀粉、纖維素、瓊脂、褐藻酸、幾丁質(zhì)以及木質(zhì)素等的微生物；此外，還有降解烴類化合物以及利用芬香化合物如酚等的微生物。海洋微生物分解有機(jī)物質(zhì)的終極產(chǎn)物如氨、硝酸鹽、磷酸鹽以及二氧化碳等都直接或間接地為海洋植物提供主要營養(yǎng)。微生物在海洋無機(jī)營養(yǎng)再生過程中起著決定性的作用。某些海洋化能自養(yǎng)細(xì)菌可通過對氨、亞硝酸鹽、甲烷、分子氫和硫化氫的氧化過程取得能量而增殖。

在深海熱泉的特殊生態(tài)系中，某些硫細(xì)菌是利用硫化氫作為能源而增殖的生產(chǎn)者。另一些海洋細(xì)菌則具有光合作用的能力。不論異養(yǎng)或自養(yǎng)微生物，其自身的增殖都為海洋原生動(dòng)物、浮游動(dòng)物以及底棲動(dòng)物等提供直接的營養(yǎng)源。這在食物鏈上有助于初級或高層次的生物生產(chǎn)。

在深海底部，硫細(xì)菌實(shí)際上負(fù)擔(dān)了全部初級生產(chǎn)。

在海洋動(dòng)植物體表或動(dòng)物消化道內(nèi)往往形成特異的微生物區(qū)系，如弧菌等是海洋動(dòng)物消化道中常見的細(xì)菌，分解幾丁質(zhì)的微生物往往是肉食性海洋動(dòng)物消化道中微生物區(qū)系的成員。某些真菌、酵母和利用各種多糖類的細(xì)菌常是某些海藻體上的優(yōu)勢菌群。微生物代謝的中間產(chǎn)物如抗生素、維生素、氨基酸或毒素等是促進(jìn)或限制某些海洋生物生存與生長的因素。某些浮游生物與微生物之間存在著相互依存的營養(yǎng)關(guān)系。如細(xì)菌為浮游植物提供維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，浮游植物分泌乙醇酸等物質(zhì)作為某些細(xì)菌的能源與碳源。

由于海洋微生物富變異性，故能參與降解各種海洋污染物或毒物，這有助于海水的自凈化和保持海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。