專性厭氧菌是被正常大氣濃度的氧氣(20.95%O2)殺死的微生物。不同物種的氧氣耐受性不同，一些物種能夠在高達8%的氧氣中存活，而其他物種在氧氣濃度大于0.5%的環境中會失去活力。

因為分子氧在最高占據分子軌道中含有兩個不成對電子，所以它很容易被還原成超氧化物（O）?2)和過氧化氫(H2哦2)單元格內。這兩種產物之間的反應導致形成游離羥基自由基(OH.)。超氧化物、過氧化氫和羥??基自由基是一類被稱為活性氧(ROS)的化合物，它們是對微生物（包括專性厭氧菌）有害的高反應性產物。好氧生物產生超氧化物歧化酶和過氧化氫酶來解毒這些產物，但專性厭氧菌產生的這些酶非常少，或者根本不產生。（專性厭氧菌（<0.5至8%O2）的氧耐受性的變化被認為反映了產生的超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的數量。）。

Carlioz和Touati(1986)進行的實驗支持活性氧可能對厭氧菌有毒的觀點。大腸桿菌是一種兼性厭氧菌，通過刪除超氧化物歧化酶基因而發生突變。在氧氣存在的情況下，這種突變導致無法正確合成某些氨基酸或在代謝過程中使用常見的碳源作為底物。在沒有氧氣的情況下，突變的樣本正常生長。2018年，盧等人。發現在哺乳動物消化道中發現的專性厭氧菌Bacteroidesthetaiotaomicron中，暴露于氧氣會導致超氧化物水平增加，從而使重要的代謝酶失活。

溶解氧會增加溶液的氧化還原電位，而高氧化還原電位會抑制一些專性厭氧菌的生長。例如，產甲烷菌在低于-0.3V的氧化還原電位下生長。硫化物是某些酶的必需成分，分子氧將其氧化形成二硫化物，從而使某些酶失活（例如固氮酶）。生物體可能無法在這些必需酶失活的情況下生長。由于缺乏生物合成的還原當量，生長也可能受到抑制因為在還原氧氣時電子會耗盡。

專性厭氧菌通過厭氧呼吸或發酵將營養物質轉化為能量。在有氧呼吸，從生成的丙酮酸糖酵解轉化為乙酰-CoA。然后通過TCA循環和電子傳輸鏈分解。無氧呼吸與有氧呼吸的不同之處在于它在電子傳遞鏈中使用除氧之外的電子受體。替代電子受體的例子包括硫酸鹽、硝酸鹽、鐵、錳、汞和一氧化碳。

發酵不同于無氧呼吸在于：從所產生的丙酮酸的糖酵解被（即不存在分解而沒有電子傳遞鏈的參與氧化磷酸化）。存在多種發酵途徑，例如乳酸發酵、混合酸發酵、2-3丁二醇發酵，其中有機化合物被還原為有機酸和酒精。

無氧呼吸和發酵的能量產量（即產生的ATP分子數）低于有氧呼吸。這就是為什么兼性厭氧菌，它可以在有氧和無氧狀態下代謝能量，優先在有氧狀態下代謝能量。當兼性厭氧菌在巰基乙酸鹽肉湯中培養時，這是可以觀察到的。

專性厭氧菌存在于無氧環境中，例如動物的腸道、深海、靜水、垃圾填埋場、土壤深層沉積物中。專性厭氧的實例細菌屬包括放線菌，擬桿菌屬，梭菌屬，梭桿菌屬，消化鏈球菌，卟啉單胞，普雷沃，丙酸，和韋榮球菌。梭菌屬是內生孢子-形成細菌，并且可以在這種休眠形式的大氣氧氣濃度中存活。列出的其余細菌不形成內生孢子。

在若干種分枝桿菌，霉菌和紅球菌個屬是專性厭氧生物的例子在土壤中發現的。在人類和其他動物的消化道以及反芻動物的xxx個胃中也發現了專性厭氧菌。