水中微生物在水環境中發揮著多種重要作用，主要包括：
物質循環：微生物作為分解者，促進物質循環，特別是在海洋沉積成岩及海底成油成氣過程中扮演重要角色。
碳循環：微生物參與碳循環的轉化，通過氧化和發酵作用將含碳物質轉化為二氧化碳，供植物光合作用利用。
氮循環：微生物在氮循環中起到關鍵作用，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用，這些過程促進或限制水產養殖生態系統中物質能量的轉化。
磷循環：微生物參與磷的循環，通過溶解無機磷、溶解有機磷和顆粒磷的轉化，構成磷的重要動態循環。
硫循環：微生物在硫循環中發揮作用，能夠將硫化物等氧化態硫轉變成為有機的硫氫基化合物。
改善水質：微生物通過分解有機廢物和其他污染物，幫助改善水質，控制污染水平，並抑制有害細菌和病毒，減少有毒氣體的產生。
支持生物生產：一些化能自養菌是深海生物群落中的生產者，而海洋微生物的頡頏作用可以消滅陸源致病菌。
提供生物資源：海洋微生物可能提供新抗生素以及其他生物資源，隨著研究技術的進展，其重要性日益增加。
綜上所述，水中微生物在水環境的碳、氮、磷、硫循環中起著核心作用，同時它們還參與改善水質和支持生物生產，為水生生態系統提供了重要的服務和支持。