Bakterilerin üremesi genellikle eşeysiz olarak, yani bölünme yoluyla gerçekleşir. Ancak, bazı bakteriler eşeyli üreme yoluyla da çoğalabilirler. Yaşadıkları ortamda yeterli su ve besin maddesi bulunması ve sıcaklığın uygun olması durumunda, bakteriler hızla bölünerek çoğalırlar. Bakterilerin bölünmesi tam olarak mitoz olmasa da, yüksek organizmalardaki mitoza benzer. Bakterilerin bu şekilde üremesi eşeysiz üreme olarak adlandırılır.

Bakteriler her 20 dakikada bir yeniden bölünebilir hale gelirler. Eğer bakteri popülasyonunu kontrol altında tutan etkenler olmasaydı, böyle bir çoğalmanın sonucunda sadece bir bakteriden 24 saat içinde yaklaşık 2000 ton ağırlığa sahip bir bakteri kitlesi oluşabilirdi. Ancak, gerçekte böyle bir çoğalma söz konusu değildir. Çünkü bakteriler kısa sürede çoğalmaları için gerekli olan su ve besin maddelerini tüketirler. Ayrıca, çoğalma sırasında ortamda asitli bileşikler, alkol ve zehirli atıklar da oluşur. Bu maddeler ortamdaki bakterileri öldürerek sayılarının artmasını engeller. Böylece bakteri popülasyonundaki artış, bakterilerin kendi faaliyetleri sonucunda dengede tutulmuş olur. Zamanla ortamdaki zehirli maddelerin yoğunluğu arttıkça, ölüm oranı da artar. Eğer zehirli madde birikimi aşırı düzeyde olursa, bakterilerin tamamı ölebilir.

Bazı bakteriler oldukça dayanıklı olan endosporlar oluştururlar. Endospor, bakterinin dayanıklı bir zarla çevrilmesi sonucunda bakterinin içinde oluşur. Bu endosporlar kuraklığa, ısıya ve donmaya karşı oldukça dayanıklıdırlar, ancak metabolik faaliyetleri yok denecek kadar azdır. Olgunlaşan endosporlar bakterinin içinde tek olarak bulunurlar. Ortamda, kenarda veya hücrenin ortasında yer alabilirler ve küre ya da oval şekilli olabilirler. Bu endosporlar en elverişsiz ortamda bile canlılıklarını koruyabilirler. Kuru bir ortamda endospor yaklaşık 60 yıl kadar canlı kalabilir. Bu süre sonunda bile su ve besin maddesi sağlandığında, endospor yeniden faaliyete geçebilir ve bölünmeye başlayabilir.

Bakterilerin çoğu +100 derecede ölür. Ancak endosporlar bu sıcaklıkta bile ölmezler. Bazıları +121 derecede bile 15 dakika kadar dayanabilir. Endosporlar düşük sıcaklıklarda da dayanıklı bir yapıya sahiptirler. Canlılar dünyasında endosporlar kadar kötü koşullara dayanabilen başka bir canlıya rastlanmamıştır.

Bazı bakteriler, kendi yapısında bulunan bir miktar sitoplazmayı aynı türden başka bir bakteriye aktardıklarında, bu tür üremeye eşeyli üreme denir. İki bakterinin yan yana gelmesiyle oluşan geçici sitoplazma köprüsünden, genleri oluşturan DNA molekülü hücrelerden birinden diğerine aktarılır. Bu süreçte DNA veren hücre erkek, DNA alan hücre ise dişi olarak kabul edilir. Eşeyli üreme sayesinde bakteriler yeni gen kombinasyonlarına sahip olur ve ortaya çıkan bakteriler daha dayanıklı türler haline gelir.

Bakterilerin üreme hızları ve şekilleri, çevresel faktörlere bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Optimum koşullar sağlandığında, bakteriler hızlı bir şekilde çoğalabilirler. Ancak, çevresel stres faktörleri, bakterilerin üreme hızını yavaşlatabilir veya tamamen durdurabilir. Bakterilerin dayanıklılığı, genetik çeşitlilikleri ve çevresel adaptasyon yetenekleri, onların birçok farklı ortamda hayatta kalmalarını sağlar. Bu durum, bakterilerin ekosistemlerdeki önemli rollerini ve biyolojik çeşitliliği korumadaki katkılarını gösterir.