厭氧生物或厭氧菌是不需要分子氧來生長的任何生物。 如果存在游離氧，它可能會產生負面反應甚至死亡。 相反，需氧生物（好氧菌）是需要含氧環境的生物。 厭氧菌可以是單細胞的（例如原生動物、細菌）或多細胞的。大多數真菌是專性需氧菌，需要氧氣才能生存。 然而，一些物種，例如存在于牛瘤胃中的壺菌門，是專性厭氧菌； 對于這些物種，使用厭氧呼吸是因為氧氣會破壞它們的新陳代謝或殺死它們。 海洋深水區是常見的缺氧環境。

在 1680 年 6 月 14 日寫給皇家學會的信中，安東尼·范·列文虎克描述了他進行的一項實驗，他在兩個相同的玻璃管中填充了大約一半的碎胡椒粉，并向其中添加了一些干凈的雨水。 范列文虎克用火焰密封了其中一根玻璃管，而讓另一根玻璃管敞開。 幾天后，他在打開的玻璃管中發現了“許多非常小的微生物，潛水員種類繁多，它們有自己的特定運動。”范列文虎克沒想到會在密封的玻璃管中看到任何生命，但令他驚訝的是 “一種活的微生物，比我所說的其他水中xxx的那種還要圓，還要大。”由于好氧微生物消耗了氧氣，密封管中的環境變得非常厭氧。

1913 年 Martinus Beijerinck 重復了 Van Leeuwenhoek 的實驗，在密封的胡椒輸液管液體中鑒定出 Clostridium butyricum 是一種顯著的厭氧菌。 Beijerinck 評論道：

因此我們得出了一個非凡的結論，毫無疑問，范列文虎克在他的全封閉管實驗中培養并看到了真正的厭氧菌，這種情況在 200 年后，即大約 1862 年由巴斯德再次發生。 列文虎克在發現氧氣和空氣成分之前一百年，并沒有意識到他的觀察的意義，這是可以理解的。 但事實上，在封閉的管子中，他觀察到發酵細菌引起的氣體壓力增加，并且還看到了細菌，無論如何證明他不僅是一個很好的觀察者，而且能夠設計一個實驗，從中得出結論 被畫下來。

出于實用目的，厭氧菌分為三類：

• 專性厭氧菌，會因氧氣的存在而受到傷害。 專性厭氧菌的兩個例子是 桿菌和生活在深海海底熱液噴口附近的細菌。
• 耐氧生物，不能使用氧氣進行生長，但可以忍受氧氣的存在。
• 兼性厭氧菌，可以在沒有氧氣的情況下生長，但如果有氧氣則需要氧氣。

然而，最近的研究表明，如果培養基中補充抗壞血酸、谷胱甘肽和尿酸等抗氧化劑，人類專性厭氧菌（如 Finegoldia magna 或產甲烷古細菌 Methanobrevibacter smithii）可以在有氧環境中生長，這種分類受到質疑 .

一些專性厭氧菌使用發酵，而另一些則使用厭氧呼吸。 耐氧生物嚴格發酵。 在氧氣存在下，兼性厭氧菌使用有氧呼吸。 在沒有氧氣的情況下，一些兼性厭氧菌利用發酵，而另一些可能利用厭氧呼吸。

有許多厭氧發酵反應。

發酵性厭氧生物通常使用乳酸發酵途徑：

C6H12O6 + 2 ADP + 2 磷酸鹽 → 2 乳酸 + 2 ATP + 2 H2O

在此反應中釋放的能量（不含 ADP 和磷酸鹽）約為 150 kJ/mol，這在從每個葡萄糖的 ADP 生成兩個 ATP 時是守恒的。 這僅為典型有氧反應產生的每個糖分子能量的 5%。

當氧氣變得有限時，植物和真菌（例如酵母）通常使用酒精（乙醇）發酵：

C6H12O6（葡萄糖）+ 2 ADP + 2 磷酸鹽 → 2 C2H5OH + 2 CO2↑ + 2 ATP + 2 H2O

釋放的能量約為每摩爾 180 kJ，這在從每個葡萄糖的 ADP 生成兩個 ATP 時是守恒的。

厭氧細菌和古細菌使用這些和許多其他發酵途徑，例如丙酸發酵、丁酸發酵、溶劑發酵、混合酸發酵、丁二醇發酵、斯蒂克蘭發酵、乙酸生成或產甲烷。

由于正常的微生物培養發生在含有分子氧的大氣中，厭氧菌的培養需要特殊的技術。 微生物學家在培養厭氧生物時采用了許多技術，例如，在充滿氮氣或空氣的手套箱中處理細菌。