Mikroorganisme termofilik  juga dapat diklasifikasikan, menurut suhu pertumbuhan optimalnya, sebagai termofil (50-64 C), ekstremofil (65-79 C) dan hipertermofil (80 C). Mikroorganisme termofilik dapat diisolasi  dari sumber air panas (hot spring), air limbah, limbah asam dari  tambang, panas bumi dan vulkanik, ventilasi hidrotermal bawah laut, cadangan minyak dan sumur minyak yang dipanaskan secara geotermal, sampah yang terpapar sinar  matahari, dan tanah / sedimen, di seluruh dunia.
Kajian mikroorganisme termofilik pada  proses produksi dan oksidasi metana, belum banyak diungkap dalam produksi biogas. Telah ada informasi bahwa tumpukan kompos jamur mengandung 2 108 methanogen termofilik per gram bahan kering. Proses yang terlibat dalam oksidasi metana penting karena 90% metana yang mencapai atmosfer berada dalam bentuk teroksidasi. Selain itu, biodigester dengan menggunakan mikroorganisme termofilik menghasilkan gas dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan ketika penguraian anaerobik dilakukan dalam kondisi mesophilic (suhu sedang). Keuntungan lain dengan menggunakan mikroorganisme termofilik benih gulma mengalami denaturasi yang efektif dan pengurangan mikroorganisme patogen. Pengurangan patogen, setelah 20 hari, hampir 100%, artinya suhu termofilik sangat penting untuk eliminasi patogen. Digester biogas lainnya, yang beroperasi pada suhu kamar, memiliki tingkat eliminasi patogen yang jauh lebih rendah.
Perlu dicatat bahwa mikroorganisme termofilik dapat terlibat dalam proses methanogenesis, namun keanekaragaman nya pada tanaman biogas mesophilic masih belum terkarakterisasi dengan baik, terutama yang berkaitan dengan pengaruh variasi substrat. Selain itu, perubahan distribusi termofilik dalam kondisi mesophilic juga tidak pernah dipelajari dengan baik.
Di satu sisi, tampak bahwa mikroorganisme ini tidak akan dapat tumbuh dalam kondisi mesophilic (40--50C) karena pertumbuhannya terlalu lambat dan tidak mampu bersaing dengan mesofil, namun di sisi lain, hipotesis ini tidak pernah telah dipelajari dalam konteks ini. Memang, terdapat kekurangan informasi tentang aktivitas metabolisme mikroorganisme ini dalam kondisi mesophilic dan masih ada kemungkinan bahwa mereka dapat terlibat dalam proses methanogenesis. Prevalensi populasi termofilik pada instalasi biogas mesophilic dan komposisinya sehubungan dengan rasio substrat yang berbeda jarang diteliti. Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi kesenjangan pengetahuan tersebut.
Kelimpahan Mikroorganisme  dalam Digester Biogas.
Mikroorganisme termofilik selalu bisa hadir pada biodigester,  disebabkan oleh tingkat amonia yang tinggi dan menyebabkan  oksidasi asetat syntrophic, suatu proses yang terjadi di fermenter mesophilic. Oksidasi asetat  merupakan tahap  yang sangat disukai oleh kelompok termofilik.
Selain itu, ada spesies baru  yaitu bakteri  Syntrophaceticus schinkii yang  diisolasi dari lumpur dan dari fermenter methanogenic mesophilic pada  konsentrasi amonium tinggi. Syntrophaceticus schinkii adalah bakteri yang sangat anaerobik, mesophilic, pengoksidasi asetat, membentuk  spora pada suhu pertumbuhan mulai dari 25 hingga 40 C. Syntrophaceticus schinkii mampu mengoksidasi asetat dan menghasilkan metana selama  pertumbuhan  methanogen hydrogenotrophic. Genus dominan lain yang terdeteksi di setiap fermenter adalah Thermogymnomonas.
Itoh dkk (2007) Â mengisolasi Thermogymnomonas acidicola dan regangan ini digambarkan sebagai archaeon tanpa dinding sel termoasidofilik dengan ukuran sel variabel dan kisaran suhu pertumbuhan 38-68C (optimum 60C) dan pada kisaran nilai pH 1,8--4,0 ( pH optimum 3.0). Mikroorganisme ini berbeda dengan mikroorganisme lain yang kami identifikasi karena merupakan archeon aerobik wajib. Genus ini sangat sering dijelaskan dalam kaitannya dengan fermentasi anaerobik terutama ketika hidrolisis selulosa terjadi.
Mikroorganisme lain yang juga sangat melimpah di fermenter berasal dari genera Gelria dan Oceanotoga. Salah satu mikroorganisme Gelria glutamica ini untuk pertama kalinya diisolasi dan dikarakterisasi dari kultur pengayaan methanogenic pengoksidasi propionat (perhatikan bahwa habitatnya adalah lumpur granular methanogenic).
Gelria glutamica adalah bakteri anaerobik ketat, termofilik sedang, pembentuk spora, syntrophic obligat, pengurai glutamat, bakteri yang dapat tumbuh antara 37 C dan 60 C dengan kisaran optimum dari 50 C hingga 55 C dan pH optimum 7. Dapat tumbuh dalam kultur yang mengandung asam glutamat, prolin, dan kasamino dengan metanogen hidrogenotrofik  seperti Methanobacterium thermautotrophicum. Dalam media itu, maka glutamat diubah menjadi H2, CO2, propionat dan suksinat, rendah, karena terbentuknya  sulfat, sulfit, tiosulfat, nitrat, atau fumarat, namun semua itu tak dapat  digunakan sebagai akseptor elektron. Genus Oceanotoga ditemukan permukaan  sumur pada  produksi minyak lepas pantai di Bombay High (India Barat). Misalnya, novel Oceanotoga teriensis adalah bakteri termofilik, kemo-organotrofik yang tumbuh pada kisaran antara 25 dan 70 C, dengan suhu optima berkisar antara 55 hingga 58 C. Salah satu Bakteri dalam genus ini, Oceanotoga teriensis, memanfaatkan berbagai karbohidrat atau zat berprotein kompleks dan mengubahnya menjadi H2, CO2 dan mereduksi tiosulfat dan unsur sulfur menjadi hidrogen sulfida.
Keragaman mikroorganisme methanogenic dan produksi biogas  bergantung pada keberadaan bakteri lain dalam bioreaktor, termasuk populasi bakteri pereduksi sulfat. Bakteri ini juga menggunakan senyawa organik dan  menghasilkan hidrogen sulfida yang bersifat racun. Persaingan dalam produksi hidrogen sulfida  pada konsentrasi tinggi ini dapat menghambat Archaea methanogenic dan mikroorganisme acetogenic, sehingga menghambat terbentuknya metana.  Salah satu solusi untuk membatasi penghambatan ini dengan menggunkan mikrorogansime termofilik baik bersifat spontan maupun ditambahkan dari luar.Â
