Podemos dividirlos en varias categorías: termófilos, psicrófilos, acidófilos, alcalófilos, halófilos, barófilos ... de forma que ya se indica claramente la naturaleza de su hábitat predilecto (calor, frío, acidez, alcalinidad, salinidad, presión). Estos hábitats incluyen manantiales calientes, sistemas hidrotermales submarinos poco profundos o sistemas de aberturas termales abisales (donde pueden encontrarse microorganismos a temperaturas sobre 100ºC). También se encuentran organismos extremófilos en lagos salinos, a veces en condiciones de salinidad casi de saturación, y en ambientes con valores del pH extremos, sea ácido (zonas de solfataras), o alcalino (fuentes carbónicas, tierras alcalinas, lagos de Carbonato de Sodio). Los hábitats de los organismos psicrófilos incluyen los mares y tierras polares fríos y los glaciares Alpinos, así como sedimentos del fondo del mar.