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  在1980年代和1990年代,生物學家發現微生物的生存具有極大的靈活性,可以在極端環境(例如酸性或異常高溫的環境)中生存,而這對於複雜的生物是不適合的。有研究認為,地球的生命可能起源於海洋中的熱液噴口。根據天體物理學家Steinn Sigurdsson的研究,已經發現地球上有4000萬年曆史的有生命的細菌孢子,它們對輻射非常耐受。一些細菌被發現生活在南極洲冰下800米深寒冷和黑暗的湖泊中以及地球上的海洋最深的地方馬裡亞納海溝。已經發現一些微生物在美國西北海岸2600米的海底下的580米以下的下洋殼的岩石內繁殖。 有研究人員說:“你可以在任何地方找到微生物,它們對環境的適應能力非常強,可以在任何地方生存。”極端微生物適應的關鍵是它們的氨基酸組成,在特定條件下會影響其蛋白質的摺疊能力。研究地球上的極端環境可以幫助研究人員瞭解星球的宜居性極限。. 比利時根特大學的湯姆·蓋森斯(Tom Gheysens)和他的一些同事的研究結果表明,一種芽孢桿菌的孢子在加熱到420°C的溫度後仍能存活。

  對於嗜極生物有很多種分類方法,都是根據其選擇與其它生物“正常”環境不同的特性分類的。這些分類並不互相排斥。比如,在地下深處高溫岩石中生活的生物既是嗜熱生物,也是嗜壓生物。

  天體生物學是研究宇宙中生命的起源、進化、分佈和未來的科學,包括外星生命和地球上的生命。天體生物學利用物理學、化學、天文學、太陽物理學、生物學、分子生物學、生態學、行星科學、地理學以及地質學研究其他星球上生命的可能性,並幫助識別可能與地球上不同的生物圈。天體生物學家特別感興趣的是研究極端微生物,因為它使他們能夠將關於地球生命極限的知識對映到潛在的地外環境。  南極洲的荒漠暴露在有害紫外線輻射、低溫、高鹽濃度和低礦物濃度下,這些環境的狀況與火星上的環境類似。因此在南極洲地下發現有生命的微生物表明可能有微生物群落在遠古時代生活在火星表面之下。研究表明微生物不太可能存在於火星的地表或淺層,但可能在100米左右的地下深處被發現。  最近在日本對極端微生物進行的研究涉及多種細菌,包括大腸桿菌和反硝化副球菌,這些細菌都處於極端重力條件下。細菌在超離心機中以相當於403627g(即403627倍於地球重力)的高速旋轉時被培養。在這種極端重力條件下,反硝化副球菌不僅表現出生存能力,而且還表現出強大的細胞生長能力,這種極端重力條件通常只存在於宇宙環境中,例如在大質量恆星或超新星爆炸的衝擊波中。分析表明,原核細胞體積小是超重力條件下成功生長的關鍵。這項研究對泛種論的可行性有一定的啟示。  2012年4月26日,研究者在德國航空航天中心(DLR)維護的火星模擬實驗室(MSL)專案的報告中說,地衣在火星條件下存活,並在34天的模擬時間內顯示了光合作用適應能力的顯著結果。  2013年4月29日,由美國航天局(NASA)資助的倫斯勒理工學院的研究者們報告說,在國際空間站的太空飛行中,微生物似乎以“地球上沒有觀測到的”和“可能導致增長和毒力增加”的方式適應了太空環境。  2014年5月19日,研究者宣佈,許多微生物如"Tersicoccus phoenicis",可能對航天器組裝潔淨室通常使用的方法具有抗藥性。目前還不清楚這種具有抵抗力的微生物是否能夠經受住太空旅行的考驗,是否會出現在火星上的好奇號火星車上。  2015年9月,來自義大利國家研究委員會(National Research Council of Italy)的研究者報告說,"Saccharolobus solfataricus"能夠在火星紫外線輻射下存活,該波長的紫外線被認為對大多數細菌具有極高的致死性。這一發現意義重大,因為它表明不僅細菌孢子,就連生長中的細胞都可以顯著抵抗強烈的紫外線輻射。  2016年6月,楊百翰大學的科學家們總結性地報道了枯草芽孢桿菌的內生孢子能夠在高達299±28米/秒的高速衝擊、極端衝擊和極端減速下存活。他們指出,這一特性可能使內生孢子存活下來並通過在隕石內旅行或經歷大氣破壞而在行星之間轉移。此外,他們還提出,航天器著陸也可能導致行星際孢子轉移,因為孢子可以在高速撞擊下存活下來,同時從航天器噴射到行星表面。這是首次報道細菌能在高速撞擊中存活的研究。然而,致命的撞擊速度是未知的,應該通過向細菌內生孢子引入更高速度的撞擊來做進一步的實驗。

  新確定的嗜(-philes)極端生物型別總是在不斷增加。化妝品產品的汙染是罕見的,但是在髮膠中發現的"Microbacterium hatanonis"是一種特別的極端生物。在瀝青湖彼奇湖(Pitch Lake)中就有微生物生活,研究表明瀝青湖中的極端微生物在10到10細胞/克。  最近一個具有硼耐受性的強嗜硼生物(Borophiles)細菌""被發現。研究這些嗜硼生物可能有助於闡明硼中毒和缺硼機制。  2019年7月,加拿大基德(Kidd)礦一項科學研究發現了生活在地表以下2400米深的可呼吸硫的微生物,它們以黃鐵礦等礦石做為食物來源。

  美國愛達荷州國家實驗室研究人員在黃石國家公園發現的"Thermus brockianus"的微生物中分離出了一種熱親鹼過氧化氫酶,它能引發過氧化氫分解成氧和水。過氧化氫酶的工作溫度在30°C至94°C之間,pH值在6-10之間。在高溫和pH條件下,這種過氧化氫酶與其他過氧化氫酶相比是非常穩定的。在一項比較研究中,這種氧化氫酶在80°C和pH值為10時的半衰期為15天,而來自黑麴黴的過氧化氫酶在相同條件下的半衰期為15秒。過氧化氫酶用於去除工業過程中的過氧化氫,例如在紙漿和紙張漂白、紡織品漂白、食品巴氏殺菌以及食品包裝的表面消毒中應用。  DNA修飾酶(例如"Taq" DNA聚合酶)和一些用於臨床診斷和澱粉液化的芽孢桿菌酶,是由多家生物技術公司進行商業化生產的。
嗜極生物(英文:Extremophile),或者稱作嗜極端菌,是可以(或者"需要")在極端環境中生長繁殖的生物,通常為單細胞生物。與此相對的,在較為溫和的環境中生活的生物,可稱為中溫生物(Mesophile)和(Neutrophile)。“極端”環境的定義是人類中心論的,而對這些生物本身而言,這些環境卻是很普通的。也就是說,嚴格來講,這些“極端環境”是一些生物可以生存的地方,不論人類認為這些地方是普通的還是極端的。舉例來說,人可以被分類為嗜溫好氧生物。