培养基的成分包括:碳源、氮源、矿物质,以及其他必需物质。这些成分通过生物反应过程，生成生物物质、生物化工产品，并放出CO2、H2O和热量。 培养基的成分还可以由发酵过程中所需的元素出发，如C、H、O、N、S、P、Mg、K等。此外,必要时还有一些需要量很少的微量元素,如Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo、B等。在发酵过程中某些生物本身不能合成的物质，如氨基酸、维生素或核苷酸等，必要时亦作为营养物质加入到培养基中。

碳源

具有双重作用。生物在产生生物物质或生物化工产品过程中，它不仅为其提供碳源，也为其提供能源。碳水化合物是微生物发酵中的主要碳源，包括淀粉、葡萄糖、蔗糖和乳糖等。此外，植物油如豆油、棉籽油、玉米油等亦常被应用作为碳源。这类油常与表面活性剂合用，以消除发酵过程中所产生的泡沫。甲醇可用以生产单细胞蛋白。正烷烃类可用以生产有机酸、氨基酸和维生素等，甚至二氧化碳也可作为光合细菌的碳源。

氮源

包括无机氮源和有机氮源。无机氮源包括氨、铵盐及硝酸盐等，它们在被应用时应注意发酵中pH的变化；有机氮源包括氨基酸、蛋白质及尿素等，有机氮源的加入往往加快了生物的生长。因考虑到成本因素，一些有机氮源，如黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、鱼粉、酵母粉等常被选用。

培养基的组成中除了水分外，碳源和氮源的含量是大的。碳源含量一般不超过10%，氮源含量较低，一般碳氮比应为3～4:1。碳、氮源含量不能过高的原因是避免产生基质或产物对反应的抑制和因渗透压过高引起细胞失水而死亡。

矿物质

培养基中 Mg、P、K、S、Ca、Cl常是主要的矿物质的组成成分，其他如Co、Cu、Fe、Mn、Mo及Zn也往往不可少，但需要量很小，可从其他主要培养基成分中得到。如是使用合成培养基就需要把这些微量元素加进去。它们不仅为生物生长所必需，也是为了得到某些产物所必不可少者。例如生物合成青霉素或头孢菌素需要一定量的硫；生物合成维生素B12需要一定量的钴。

维生素

某些生物在培养过程中需要某些维生素，往往在天然培养基中已经提供了必要的维生素，但在某些特殊情况下需单独加入维生素。例如在谷氨酸生产过程中需加入生物素,某些植物细胞培养中需要硫胺素(维生素B1)。