菌種保藏的基本原理是使微生物的代謝作用降至極低限度，使其處于不活潑的休眠狀態。從微生物本身來講，就是要挑選典型菌種的優良純種，最好采用它們的休眠體（如分生孢子、芽孢等），如有孢子或芽孢的微生物，要在它們生出孢子或芽孢后再進行保藏；從環境條件來講，則是創造一個適合其長期休眠的環境條件，諸如低溫、干燥、缺氧、避光、缺乏營養以及添加保護劑或酸度中和劑等。大多數菌種保藏的方法都是根據這些因素或其中部分因素而設計的。

微生物具有容易變異的特性，因此，在保藏過程中，必須使微生物的代謝處于最不活躍或相對靜止的狀態，但又不至于死亡，才能在一定的時間內使其不發生變異而又保持生活能力，從而達到保藏的目的。

水分對生化反應和一切生命活動至關重要，因此，干燥尤其是深度干燥，在保藏中占有首要地位就不言而喻了。五氧化二磷、無水氯化鈣和硅膠是良好的干燥劑，當然，高度真空還可同時達到驅氧和深度干燥的雙重目的。

除水分外，低溫乃是保藏中的另一重要條件。微生物生長的溫度低限約在 30℃，可是，在水溶液中能進行酶促反應的溫度低限則在-140℃左右。這或許就是為什么在有水分的條件下，即使把微生物保藏在較低的溫度下，還是難以較長期地保藏它們的一個主要原因。在低溫保藏中，細胞體積較大者一般要比較小者對低溫更為敏感，而無細胞壁者則比有細胞壁者敏感。其原因同低溫會使細胞內的水分形成冰晶，從而引起細胞結構尤其是細胞膜的損傷有關。如果放到低溫（不是一般冰箱）下進行冷凍時，適當采用速凍的方法，可因產生的冰晶小而可減少對細胞的損傷。當從低溫下移出并開始升溫時，冰晶又會長大，故快速升溫也可減少對細胞的損傷。

當然，不同微生物的最適冷凍速度和升溫速度也是不同的。冷凍時的介質對細胞損傷與否也有顯著的影響。例如，0.5mol/L左右的甘油或二甲亞砜可透入細胞，并通過降低強烈的脫水作用而保護細胞；大分子物質如糊精、血清白蛋白、脫脂牛奶或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)雖不能透入細胞，但可能是通過與細胞表面結合的方式而防止細胞膜受凍傷。在實踐中，發現用較低的溫度進行保藏時效果更為理想，如液氮溫度（-195℃）比干冰溫度(-70℃)好，-70℃又比-20℃好，而-20℃則比4℃好。