自然界中存在某些微生物（如硝化细菌），它们能以二氧化碳为主要碳源，以无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质，并通过氧化外界无机物获得生长所需要的能量，这一过程就称为化能合成作用（chemosynthesis）。

能够进行化能合成作用的细菌称为化能无机营养细菌。例如：亚硝化细菌和硝化细菌，利用NH3和HNO2氧化所释放的能量合成有机物；硫细菌能够氧化H2S，把S积累在体内；环境中如果缺少H2S的话，这类细菌就把体内的S氧化成硫酸；铁细菌是能够氧化硫酸亚铁，并利用氧化释放的能量合成有机物的一类细菌。

利用NH3和HNO2氧化所释放的能量合成有机物。

2NH3+3O2=亚硝化细菌=2HNO2+2H2O+能量(1)

2HNO2+O2=硝化细菌=2HNO3+能量(2)

6CO2+6H2O+能量(1)(2) =酶=C6H12O6+6O2

能够氧化H2S，把S积累在体内。如果环境中缺少H2S，这类细菌就把体内的S氧化成硫酸，氧化过程中释放的能量可用于合成有机物。

2H2S+O2=硫细菌=2H2O+2S+能量(3)

2S+3O2+2H2O=硫细菌=2H2SO4+能量(4)

6CO2+6H2O+能量(3)(4) =酶=C6H12O6+6O2

能够氧化硫酸亚铁，并利用氧化释放的能量合成有机物。

4FeSO4+2H2SO4+O2=铁细菌=2Fe2(SO4)3+2H2O+能量(5)

6CO2+6H2O+能量(5)= 酶=C6H12O6+6O2

氢细菌能够利用分子态氢和氧之间的反应所产生的能量，以碳酸作唯一碳源而生长。

这些微生物的化能合成作用，对维持地球上物质循环的平衡以及对净化环境具有重要作用。例如，土壤中硝化细菌的活动，可提高土壤肥力，增加植物可利用的氮素营养。利用硫细菌可降低土壤pH值，提高土壤矿质盐的可溶性，从而改善作物的矿质营养。利用某些自养微生物的化能合成作用，可在贫矿尾矿中进行细菌浸矿。还可利用氢细菌进行单细胞蛋白生产，其最大优点在于原料取之不尽。但某些菌亦可造成对人类的危害，例如对金属的腐蚀等。在海底，几乎没有光照的情况下，进行光合作用是不可能的。但是，那些能进行化能合成作用的生物仍旧可以作为生产者进行正常的生长，这就使得大洋底下的生态系统得以继续延续了。因此，在某些方面而言，进行该种化能合成作用的生物也是自然界中不可缺少的一部分。