微生物與任何其它生物一樣具有遺傳與變異特性，微生物遺傳的物質也是 DNA 和RNA，具有一樣的分子結構與功能，但微生物的遺傳物質較其它生物的遺傳物質具有多樣性，不僅存在於其細胞染色體，而且在真核微生物中的細胞器中，染色體外的質粒，RNA病毒的RNA核酸，和無核酸的朊蛋白等都有遺傳資訊物質存在。比較了三域微生物遺傳物質的特性及其差異。微生物DNA同樣以半保留方式複製，以生物遺傳表達的中心法則，即以DNA作模板轉錄為RNA,再由RNA翻譯為蛋白質，並在酶量和酶活性兩個層次上進行遺傳表達的調控。微生物可發生變異，這些變異是由於微生物的基因發生變異所引起的，基因發生突變的型別及其誘發因素是多樣的。同樣，微生物具有對DNA損傷進行多種方式修復的能力。人們可以利用這種微生物基因的突變進行定向的篩選育種。細菌可透過結合、轉導、轉化等方式，真核微生物可透過有性雜交、絲狀真菌的準性生殖和酵母的2 m m質粒進行基因重組。

微生物與其他任何生物一樣具有遺傳性（ inheritance ）和變異性（ variation ）。遺傳性是指生物的親代傳遞給其子代一套遺傳資訊的特性。生物體所攜帶的全部基因的總稱，即遺傳型（ genotype ）。具有一定遺傳型的個體，在特定的外界環境中，透過生長和發育所表現出的種種形態和生理特徵的總和，即為其表型（ phenotype ）。相同遺傳型的生物，在不同的外界條件下，會呈現不同的表型，稱為飾度（ modification ）。但這不是真正的變異，因為在這種個體中，其遺傳物質結構並未發生變化。只有遺傳性的改變，即生物體遺傳物質結構上發生的變化，才稱為變異。在群體中，自然發生變異的機率極低，但一旦發生後，卻是穩定的和可遺傳的