古细菌，作为特殊生态下生存的细菌，展现出与众不同的生活习性和化学组成。它们适合高温、高盐及缺氧环境，细胞壁不含肽聚糖，细胞膜脂类与其他生物各异，RNA聚合酶和核糖体中的蛋白质与真核细胞相似而与原核细胞不同。古细菌被认为是地球早期古老细菌的代表，保持了原始形态，较早与其他细菌分道扬镳。因此，有人主张将古细菌从原核生物中划分出来，形成古细菌界，与原核生物、真核生物并列为界。

古细菌的发现推动了生命三域学说的诞生，该学说认为生命由古菌域、细菌域和真核生物域构成。Carl Woese和George Fox在1977年提出的古细菌概念，基于其在16SrRNA系统发生树上的独特位置。初期，古细菌和真细菌被分为两个界或亚界，后被重新命名为古菌和细菌，与真核生物一起构成生物的三域系统。

古细菌分为产甲烷细菌、极端嗜盐细菌和嗜酸嗜热细菌，分别适应于极端特殊的生态环境。它们拥有独特的16S核糖体RNA寡核苷酸谱，分子水平上与真核生物和真细菌有显著差异。这一发现改变了人们对生物分类的认知，将生物分为细胞形态的三大类群，为探索生命起源和真核细胞起源提供了新线索。

单个古菌细胞直径在0.1到15微米之间，形成细胞团簇或纤维可达200微米，形状多样，如球形、杆形、螺旋形、叶状或方形。这些形状可能由细胞壁和原核生物细胞骨架维持，与其它生物的细胞骨架成分不同。

古菌的细胞结构、组成和运行与细菌类似，但具有显著差异。古菌膜由不同于其它生命形式的分子组成，细胞壁由表面层蛋白质形成，提供化学和物理保护。古菌鞭毛操作类似细菌鞭毛，但组成和发育过程有明显不同，与细菌IV型菌的性菌毛进化而来。

古菌广泛存在于全球各种生态系统中，适应极端环境，包括高温、极冷、高盐、强酸或强碱环境，以及中性环境如沼泽、废水、海洋和土壤。一些产甲烷的古菌存在于动物消化道中，如反刍动物、白蚁或人类体内，对其他生物通常无害，至今未发现致病古菌。