化能合成作用是一種微生物的營養方式，它涉及利用無機物氧化所釋放的能量來合成有機物。例如：
硝化細菌：包括亞硝化菌和硝化菌，利用NH3和HNO2氧化所釋放的能量合成有機物。
硫細菌：能夠氧化H2S，把S積累在體內。如果環境中缺少H2S，這類細菌就把體內的S氧化成硫酸。
鐵細菌：能夠氧化硫酸亞鐵，並利用氧化釋放的能量合成有機物。
氫細菌：能夠利用分子態氫和氧之間的反應所產生的能量，並以碳酸作唯一碳源而生長。
這些微生物的活動對維持地球上物質循環的平衡以及對淨化環境具有重要作用。例如，土壤中硝化細菌的活動可以提高土壤肥力，增加植物可利用的氮素營養。硫細菌可以降低土壤pH值，提高土壤礦質鹽的可溶性，從而改善作物的礦質營養。此外，某些自養微生物的化能合成作用還可以用於貧礦尾礦中的細菌浸礦，以及利用氫細菌進行單細胞蛋白生產。然而，某些菌亦可造成對人類的危害，例如對金屬的腐蝕等。