甜菜碱在自然界广泛分布，可以在许多微生物中发现，包括细菌，古细菌和真菌。由于其特殊的功能，许多微生物利用甜菜碱作为功能性化学物质，并为甜菜碱的生物合成和分解代谢发展了不同的代谢途径。与动植物一样，甜菜碱的主要作用是保护微生物细胞抵抗干旱，渗透胁迫和温度胁迫。另外，已经在多种微生物中观察到甜菜碱在甲基代谢中的作用。最近的研究表明，补充甜菜碱可以改善用于乳酸，乙醇，赖氨酸，丙酮酸和维生素B12发酵的微生物菌株的性能，在此期间，甜菜碱可以作为应力保护剂或甲基供体，用于结构复杂化合物的生物合成。