自然湿地微生物包括细菌、真菌、古菌、原生动物等，群落多样化，有硝化细菌、亚硝化细菌、厌氧氨氧化细菌、厌氧氨氧化古菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌等。自然湿地微生物种类和数量受湿地植物群落、土壤理化性质、溶解氧、土壤温度等因素的影响。

自然湿地微生物在降解环境污染物方面具有独特的功能，可以净化水质，减缓环境污染，降解吸收自然界的污染物，将其接纳的有机物吸收利用，并将有毒物质储存并进一步转换，从而实现污染物的降解和水质的净化。自然湿地微生物对全球生物地球化学元素循环有重要贡献，尤其是碳氮元素的转化。湿地中产甲烷菌和甲烷氧化菌在碳循环中起重要作用，甲烷氧化菌可以同化湿地中的碳为其他微生物提供可利用的碳源。自然湿地中的氨氧化微生物可以将氨转化成亚硝酸盐和硝酸盐，在全球氮循环中发挥重要作用。湿地中的反硝化微生物可以将硝态氮转化成氮气，是降低湿地中氮元素含量的关键途径。