甲基单胞菌科（Methylomonadaceae）是细菌的1科。本科细菌为单细胞，杆状或球状；以单极毛运动或不运动；以二分分裂法繁殖。能利用甲烷、甲醇等含甲基的单碳化合物为碳源和能源，所以又称甲烷氧化菌。
本科细菌分布较广，在含甲烷的自然基质中都可能有甲烷氧化菌生长。它们大多与一些不能氧化甲烷的异养菌共生或伴生，分离、纯化和保留纯种极为困难。它们都是化能有机营养菌，对无机营养无严格要求，有的种能利用空气中的分子氮作氮源。微量的氨基酸、多肽等有机物质能抑制其生长，甚至有的甲烷氧化菌也受极微量甲醇的抑制。严格好氧，以氧分子作为电子受体，将甲烷渐次氧化成醇、醛、酸、直到二氧化碳，通过单磷酸核糖途径或丝氨酸途径获取能量。在氧化甲烷时能将其他一些不能同化的烃类或其衍生物进行协同氧化，如将己烷氧化成乙醇、将丙烯氧化成环氧丙烷等。《伯杰氏鉴定细菌学手册》第8版中描述了两个属：甲基单胞菌属与甲基球菌属，共4个种。近年来先后报道20多株利用甲烷的专性细菌，并建立了甲基弯菌与甲基囊菌两个新属。中国报道了3种用甲烷作为唯一碳源与能源、以多孢子进行繁殖的甲烷氧化菌，因其繁殖特征不同于已知的各类细菌，从而建立一个独立的多孢子菌属。此外，不利用甲烷而利用甲胺或甲醇与其他含碳物质的兼性甲基营养菌则更多。
甲烷氧化菌对于制取某些用化学手段难以得到的化工原料有重要意义。用甲烷氧化菌虽可制取无毒性的单细胞蛋白，但因工艺复杂与成本较高而未能投产。
