Gli organismi chemioautotrofi appartengono tutti al regno dei batteri (procarioti unicellulari) e sono chiamati anche chemiolitotrofi.

Anziché assorbire l’energia luminosa come nei processi di fotosintesi, i chemioautotrofi utilizzano l’energia chimica liberata dall’ossidazione di una vasta gamma di composti inorganici, e hanno quindi la capacità di sopravvivere negli ambienti comunemente ostili per gli altri organismi.

I batteri nitrificanti, come Nitrosomonas, prelevano elettroni ad alta energia ossidando l’ammoniaca (NH₃) in presenza di ossigeno e producendo acido nitroso (HNO₂), il quale perdendo uno ione si trasforma in anione nitrito (NO₂⁻). Nitrobacter, a sua volta, è in grado di ossidare il nitrito (NO₂⁻) a nitrato (NO₃⁻).

I batteri nitrificanti sono molto importanti dal punto di vista ecologico perché partecipano al ciclo dell’azoto (N) rifornendo gli altri organismi di nitrati, che prelevati dal terreno dalle piante vengono immessi nella catena alimentare e utilizzati dagli altri organismi.

Alcuni solfobatteri, come Beggiatoa, possono utilizzare acido solfidrico (H₂S) come fonte di energia ossidandolo in presenza di ossigeno ad acqua (H₂O) e zolfo (S), mentre i batteri del genere Thiobacillus sono in grado di ossidare lo zolfo elementare in presenza di acqua generando acido solforico (H₂SO₄), il quale si scinde nell’anione solfato (SO₄⁻).

Infine, vanno ricordati i ferrobatteri come Acidithiobacillus ferrooxidans, il quale è un organismo aerobio chemiolitotrofo che è in grado di ossidare il ferro allo stato ferroso o bivalente (Fe₂⁺) a ferro allo stato ferrico o trivalente (Fe₃⁺).

Altri composti inorganici utilizzate dai batteri chemioautotrofi per la fissazione del carbonio sono idrogeno molecolare (H₂), solfuri (S²⁻), monossido di carbonio (CO), e fosfati (PO₃ ³⁻).