Το μεθάνιο, CH4, είναι ένα από τα σημαντικότερα συστατικά του φυσικού αερίου, ενώ απαντά και σε πολλά κοιτάσματα γαιάνθρακα. Είναι διαδεδομένο στη φύση και παράγεται σε ανοξικά περιβάλλοντα από μεθανιογόνα Αρχαία. Το μεθάνιο, είναι από τα κυριότερα αέρια που απαντούν σε πολλούς τύπους ανοξικής ιλύος, σε έλη, στον προστόμαχο των μηρυκαστικών και στο εντερικό σύστημα των θηλαστικών.
Πρόκειται για σχετικά σταθερό μόριο, αλλά αρκετά βακτήρια, τα μεθανιότροφα, το οξειδώνουν εύκολα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούν το μεθάνιο και μερικές ακόμα ενώσεις με ένα μόριο άνθρακα ως δότες ηλεκτρονίων για την παραγωγή ενέργειας και ως μοναδικές πηγές άνθρακα.
Όλα αυτά τα βακτήρια είναι αερόβια και διαδεδομένα στη φύση, στο έδαφος και στο νερό. Διαθέτουν ένα ειδικό ένζυμο, τη μονοξυγονάση του μεθανίου, που εισάγει ένα άτομο οξυγόνου στο μόριο του μεθανίου και οδηγεί στον σχηματισμό μεθανόλης. Η αναγκαστική συμμετοχή του O2 στην αρχική αντίδραση οξυγόνωσης του μεθανίου εξηγεί γιατί όλοι οι μεθανιότροφοι μικροοργανισμοί είναι και υποχρεωτικά αερόβιοι. Επίσης όλοι οι μεθανιότροφοι χρησιμοποιούν υποχρεωτικά ενώσεις C1, διότι δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν ενώσεις με δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα.
Τα μεθανιότροφα όπως αναφέρθηκε απαντούν πολύ συχνά σε υδατικά και χερσαία περιβάλλοντα, οπουδήποτε υπάρχουν σταθερές πηγές μεθανίου. Το μεθάνιο που παράγεται σε ανοξικές περιοχές λιμνών ανέρχεται μέσω της υδάτινης στήλης. Τα μεθανιότροφα συχνά συγκεντρώνονται σε μια στενή ζώνη θερμοκλινούς. Σε αυτό το σημείο το μεθάνιο από την ανοξική ζώνη συναντά το οξυγόνο της οξυγονούχου ζώνης. Κατά συνέπεια, τα οξειδωτικά βακτήρια του μεθανίου παίζουν σημαντικό ρόλο στον κύκλο του άνθρακα. Μετατρέποντας το μεθάνιο από ανοξική αποσύνθεση πάλι σε κυτταρικό υλικό (και διοξείδιο του άνθρακα).
Ιδιαίτερα γνωστή είναι και η συμβιωτική σχέση που υφίσταται ανάμεσα στα μεθανιότροφα βακτήρια και σε θαλάσσια μύδια και σπόγγους. Τα μύδια ζουν κοντά σε περιοχές διαρροής υδρογονανθράκων, όπου απελευθερώνεται μεθάνιο σε σημαντικές ποσότητες. Ολόκληρα μύδια, καθώς και απομονωμένα βράγχια μυδιών καταναλώνουν μεθάνιο με υψηλούς ρυθμούς, παρουσία O2. Τα συμβιωτικά βακτήρια απαντούν σε κυστίδια στο εσωτερικό των κυττάρων των οργανισμών, κοντά στην επιφάνεια των βραγχίων. Αυτό πιθανότατα να διασφαλίζει και την αποτελεσματική ανταλλαγή αερίων με το θαλάσσιο νερό.
