甲烷細菌在自然界中分布極為廣泛，在與氧氣隔絕的環境都有甲烷細菌生長，海底沉積物，河湖淤泥，沼澤地，水稻田以及人和動物的腸道，反芻動物瘤胃，甚至在植物體內都有甲烷細菌存在。
沼氣發酵液中甲烷細菌的數量可用MPN法計數，測定接種的試管中有無甲烷存在，作為計數的數量指標。甲烷細菌數量與甲烷含量成正比，發酵裝置運行越好，甲烷細菌數量越多。1991年計數了東北制藥總廠用UASB（上流式厭氧污泥床）處理制藥廢水消化液中甲烷細菌數量為4.2×105個·ml-1。
另一方面產甲烷細菌利用乙酸、氫和二氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和二氧化碳，甲烷細菌及其伴生菌共同作用使pH穩定在一個適宜范圍內，不會使發酵液中的pH出現對沼氣發酵不利的情況。但當發酵條件控制不好，如溫度，進料負荷，原料中的C：N、pH等可能會出現酸化或液料過堿；前者較為多見，這樣會嚴重影響甲烷細菌的活動，甚至使發酵中斷。
自然界中的甲烷細菌在同物質的交換過程中可以保存電荷。在微弱電流的影響下，細菌釋放出甲烷小氣泡，在這些氣泡中含有一定數量的電子。布魯斯和他的同事們發現，如果把細菌的一層接到負極上，就會產生弱小電壓，否則他們就被小甲烷氣泡所遮掩住。
隨著甲烷細菌的不斷進化，它學會了依靠甲烷內的其他物質來儲存電能。而且用這種方式儲存的電能在放電時能效很高，一般能達到80%。與之相比，人類發明的所有電力儲存裝置都相形見絀，因為在人類制造的裝置中，大部分能量或被用于克服阻力，或被消耗于燃燒次生電子的化學反應中（甲烷細菌能抑制電能的生物燃燒）。
甲烷細菌儲電使人類已經走向了電能儲存的新道路。雖然比起碳捕獲與封存技術，這項技術不能算作一種與溫室效應抗爭的好方法，但它能很好地利用甲烷氣體的排放，對保護環境也有一定的好處。更重要的是，它能夠大量儲存太陽能，風能，水能等可再生能源。
然而，這項技術還不夠成熟，為了將新技術運用到商業目的，專家們還需要詳細研究甲烷燃燒時二氧化碳排放的過程，因為這直接影響了細菌蓄電的能力，同時還需要了解二氧化碳轉化為電能的換算方法，和最終能以甲烷細菌形式儲存電能的細菌數量。只有對細菌有了足夠的了解，才能研發出減少耗能的蓄電裝置。條件下需經過十幾天甚至幾十天才能長出菌落。據麥卡蒂（McCarty）介紹，有的甲烷細菌需要培養七八十天才能長出菌落，在自然條件下甚至更長。菌落也相當小，特別是甲烷八疊球菌菌落更小，如果不仔細觀察很容易遺漏。菌落一般圓形、透明、邊緣整齊，在熒光顯微鏡下發出強的熒光。甲烷細菌生長緩慢的原因，是它可利用的底物很少，只能利用很簡單的物質，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。這些簡單物質必須由其它發酵性細菌，把復雜有機物分解后提供給甲烷細菌，所以甲烷細菌一定要等到其它細菌都大量生長后才能生長。同時甲烷細菌世代時間也長，有的細菌20分鐘繁殖一代，甲烷細菌需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。
原核生物
能形成甲烷的細菌都是原核生物，尚未發現真核生物能形成甲烷。甲烷細菌有球形、桿形、螺旋形，有的呈八疊球狀，還有的能聯成長鏈狀。
培養分離困難
因為甲烷細菌要求嚴格厭氧條件，一般培養方法很難達到厭氧，培養分離往往失敗。又因為甲烷細菌和伴生菌生活在一起，菌體大小形態都十分相似，在一般光學顯微鏡下不好判明。美國著名微生物學家——Hungate 50年代培養分離甲烷細菌獲得成功。以后世界上有很多研究者對甲烷細菌進行了培養分離工作，并對Hungate分離方法進行了改良，能很容易地把甲烷細菌培養分離出來。