甲烷细菌，英文名：methane bacteria，是一类能够经过
发酵产生
可燃性气体甲烷的
厌氧性细菌。已知产甲烷细菌约有10多种，主要有
产甲烷杆菌、甲烷
八叠球菌、产甲烷
螺菌和
瘤胃甲烷杆菌等。这类细菌常见于
沼泽、池溏
污泥中，在
食草动物的
盲肠、
瘤胃中也有大量的产甲烷细菌，常随粪便排出，所以在
沼气池中可用塘泥和牲畜粪便接种。中国农村不少地区已建起了许多小型沼气池，利用沼气做饭、照明，既解决了燃料困难，又减少了
环境污染。
分布在
污泥、
泥沼和
哺乳动物消化道等的代谢产物为
甲烷（甲烷发酵）的细菌。马氏甲烷球菌（Methanococcus）、甲烷甲烷八叠球菌（Me thano-sarcina）、反刍甲烷杆菌（Methanobacterium）等都是不生
孢子的专性
厌氧细菌。在
核蛋白体RNA碱基顺序、
细胞壁成分及脂质种类方面与一般细菌有不同处。它们能按下式过程直接由氢还原二氧化碳生成甲烷： CO2+4H2→CH4+2H2O 它们也能利用
甲酸、
甲醇和
乙酸等。利用乙酸的反应过程是：CH3COOH→CH4+CO2。 生成甲烷的反应系统可从菌体抽提液中获得，并已逐步查明酶系统的性质，表明有二、三种
辅酶参与反应。
甲烷细菌生长很缓慢，在人工培养条件下需经过十几天甚至几十天才能长出
菌落。据麦卡蒂（McCarty）介绍，有的甲烷细菌需要培养七八十天才能长出菌落，在自然条件下甚至更长。菌落也相当小，特别是甲烷八叠球菌菌落更小，如果不仔细观察很容易遗漏。菌落一般圆形、透明、边缘整齐，在
荧光显微镜下发出强的荧光。甲烷细菌生长缓慢的原因，是它可利用的底物很少，只能利用很简单的物质，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。这些简单物质必须由其它发酵性细菌，把复杂有机物分解后提供给甲烷细菌，所以甲烷细菌一定要等到其它细菌都大量生长后才能生长。同时甲烷细菌世代时间也长，有的细菌20分钟繁殖一代，甲烷细菌需几天乃至几十天才能繁殖一代。
能形成甲烷的细菌都是
原核生物，尚未发现
真核生物能形成甲烷。甲烷细菌有球形、杆形、螺旋形，有的呈八叠球状，还有的能联成长链状。
因为甲烷细菌要求严格厌氧条件，一般培养方法很难达到厌氧，培养分离往往失败。又因为甲烷细菌和伴生菌生活在一起，菌体大小形态都十分相似，在一般
光学显微镜下不好判明。美国著名微生物学家——Hungate 50年代培养分离甲烷细菌获得成功。以后世界上有很多研究者对甲烷细菌进行了培养分离工作，并对Hungate分离方法进行了改良，能很容易地把甲烷细菌培养分离出来。
甲烷细菌在自然界中分布极为广泛，在与氧气隔绝的环境都有甲烷细菌生长，
海底沉积物，河湖
淤泥，
沼泽地，水稻田以及人和动物的
肠道，
反刍动物瘤胃，甚至在植物体内都有甲烷细菌存在。
沼气发酵液中甲烷细菌的数量可用MPN法计数，测定接种的试管中有无甲烷存在，作为计数的数量指标。甲烷细菌数量与甲烷含量成正比，发酵装置运行越好，甲烷细菌数量越多。1991年计数了
东北制药总厂用
UASB（
上流式厌氧污泥床）处理制药废水消化液中甲烷细菌数量为4.2×105个·ml-1。
另一方面产甲烷细菌利用乙酸、氢和二氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和二氧化碳，甲烷细菌及其伴生菌共同作用使pH稳定在一个适宜范围内，不会使发酵液中的pH出现对沼气发酵不利的情况。但当发酵条件控制不好，如温度，进料负荷，原料中的C：N、pH等可能会出现酸化或液料过碱；前者较为多见，这样会严重影响甲烷细菌的活动，甚至使发酵中断。
自然界中的甲烷细菌在同物质的交换过程中可以保存电荷。在微弱电流的影响下，细菌释放出甲烷小气泡，在这些气泡中含有一定数量的电子。布鲁斯和他的同事们发现，如果把细菌的一层接到负极上，就会产生弱小电压，否则他们就被小甲烷气泡所遮掩住。
随着甲烷细菌的不断进化，它学会了依靠甲烷内的其他物质来储存电能。而且用这种方式储存的电能在放电时能效很高，一般能达到80%。与之相比，人类发明的所有电力储存装置都相形见绌，因为在人类制造的装置中，大部分能量或被用于克服阻力，或被消耗于燃烧次生电子的化学反应中（甲烷细菌能抑制电能的生物燃烧）。
甲烷细菌储电使人类已经走向了电能储存的新道路。虽然比起
碳捕获与封存技术，这项技术不能算作一种与
温室效应抗争的好方法，但它能很好地利用甲烷气体的排放，对保护环境也有一定的好处。更重要的是，它能够大量储存太阳能，风能，水能等
可再生能源。
然而，这项技术还不够成熟，为了将新技术运用到商业目的，专家们还需要详细研究甲烷燃烧时
二氧化碳排放的过程，因为这直接影响了细菌蓄电的能力，同时还需要了解二氧化碳转化为电能的换算方法，和最终能以甲烷细菌形式储存电能的细菌数量。只有对细菌有了足够的了解，才能研发出减少耗能的蓄电装置。