脱氮硫杆菌是严格自养菌,只能利用无机碳源(如碳酸根离子、碳酸氢根离子)进行生长代谢。有研究表明,脱氮硫杆菌是通过卡尔文循环途径固定二氧化碳,其胞内含有卡尔文循环的两种关键酶——1,5-二磷酸核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶。
脱氮硫杆菌能够利用的氮源范围很广,可以是氨盐、硝酸盐、亚硝酸盐以及氨基酸等,在厌氧条件下,硝酸盐又被作为电子受体而被还原。
在硫循环体系中,好氧条件下,脱氮硫杆菌以氧为电子受体氧化还原硫化合物而获得能量。
厌氧条件下,脱氮硫杆菌以反硝化反应的方式同时参与硫、氮循环,以硝酸盐中的氧来氧化硫化合物。