La plupart des bactéries se répliquent par un processus connu sous le nom de fission binaire. Une bactérie commence par croître jusqu'à environ deux fois sa taille normale et répliquer son matériel génétique, puis se divise en deux cellules identiques.
Avant qu'une cellule bactérienne ne se divise en deux, elle doit créer deux copies identiques de son ADN et envoyer une copie de chaque côté de la cellule. Cela se produit en même temps que la cellule augmente de volume en répliquant également ses protéines et d'autres structures cellulaires. Une fois que l'ADN a été divisé, une paroi cellulaire spéciale, connue sous le nom de plaque équatoriale, commence à se développer à mi-chemin à travers la cellule bactérienne d'origine. La plaque équatoriale finit par se développer tout le long de la cellule, la divisant en deux.
La fission binaire est un processus très rapide. Lorsque les conditions sont favorables, ce qui signifie pour la plupart des espèces bactériennes que la température est chaude et qu'il y a beaucoup d'humidité, les bactéries peuvent se diviser toutes les 20 minutes. Cela permet aux populations bactériennes d'augmenter de façon exponentielle, puisque chaque division conduit à un doublement du nombre de bactéries présentes.
Quelques espèces de bactéries se répliquent par des méthodes autres que la fission binaire. Certaines cyanobactéries se répliquent par un processus appelé bourgeonnement, dans lequel une petite bactérie progéniture se développe sous forme de bourgeon sur une bactérie mature plus grosse avant de se séparer d'elle-même.