根据嗜甲烷菌的形态差异、胞质内膜精细结构、休眠阶段类型和一些生理学等的不同特征，可将嗜甲烷菌分为甲基单胞菌属、甲基细菌属、甲基球菌属、甲基孢囊菌属、甲基弯曲菌属、甲基球形菌属等。根据代谢途径、主要磷脂酸成分等系列特征，可将嗜甲烷菌分为Ⅰ型和Ⅱ型两种类型。Ⅰ型嗜甲烷菌包括6属，它们利用5-磷酸核酮糖途径同化甲醛。Ⅱ型菌同化甲醛的途径是丝氨酸途径。

嗜甲烷菌属于海底微生物中的一种，在不同环境中的土壤或水样中均有嗜甲烷菌的存在，并且现存的嗜甲烷菌大多数为喜中性菌，但在许多极端环境中如高温、高酸碱、高盐的条件下也检测到嗜甲烷菌的存在。为了在极端条件下存活，嗜甲烷菌发展了各种结构和功能适应性机制。大多数嗜甲烷菌具有休眠状态，一些嗜甲烷菌的外生孢子和孢囊在干旱和营养缺乏的环境下似乎适应和存活得很好。Ⅰ型和Ⅱ型嗜甲烷菌适应的环境条件并不相同：Ⅰ型嗜甲烷菌在允许氧化菌快速生长的环境中占优势，而Ⅱ型菌在贫营养环境下能存活得更好，从而有较广泛的分布。但甲烷、氧气及结合态氮的浓度才是环境中两种类型嗜甲烷菌分布的决定性因素。

嗜甲烷菌因其在全球碳循环中所担负的重要作用和在生物降解方面的巨大潜能而引起了微生物学家广泛的研究兴趣。这些细菌具有很高的甲烷结合力甚至能氧化大气中浓度很高的甲烷。因此，嗜甲烷菌的研究不仅对海洋天然气水合物勘查有一定的指导作用，也是环境保护研究的一个重要课题。