化能合成细菌是一类依靠化能合成作用来生存的细菌。
自然界中存在某些微生物，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。这些微生物进行的营养方式称为化能合成作用。例如硝化细菌包括亚硝化菌和硝化菌。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。如果环境中缺少H2S，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。还有能够利用分子态氢和氧之间的反应所产生的能，并以碳酸作唯一碳源而生长的细菌氢细菌等。这些微生物的活动，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。
