在一般饲养条件下瘤胃中的微生物是厌氧的原虫、细菌和真菌。他们种类复杂，并随饲料性质、饲养制度和动物年龄的不同而发生变化。据统计，一克瘤胃内容物中，含细菌为1010～1011个，纤毛虫为105～106个。尽管纤毛虫的数量比细菌少的多，但由于个体大，致使在瘤胃内他们所占的容积大致与细菌相等。微生物的总体积占瘤胃液体积的3.6%。在某些情况下，还发现有其他类群的微生物，如真菌。据报道，真菌在植物细胞壁的消化过程中起着重要作用。
　　1 原虫
　　瘤胃内原虫主要是纤毛虫和鞭毛虫，但后者数量较少。纤毛虫分为全毛和贫毛两类。前者全身被覆纤毛，后者纤毛集中成簇，只分布在一定部位。瘤胃中的纤毛虫含有多种酶，现已确定含有分解糖类的酶系统、蛋白质分解酶类及纤维素分解酶类。能发酵可溶性糖类、果胶、纤维素和半纤维素，产生乙酸、丁酸和乳酸、二氧化碳、氢和少量丙酸等。还具有水解脂类、氢化不饱和脂肪酸、降解蛋白质及吞噬细菌的功能。纤毛虫可以撕裂纖维素，使饲料疏松、碎裂，有利于细菌的发酵作用。纤毛虫还可以大量吞噬细菌，进入皱胃和小肠后，其体内的蛋白质、糖原能被机体消化利用，且其蛋白质消化率和营养价值都高于细菌蛋白。
　　瘤胃纤毛虫若长期暴露于空气中或处于不良条件下，就不能生存。因此，幼畜瘤胃中的纤毛虫主要通过与亲畜或其他反刍动物直接接触而获得。如果用成年羊、牛的反刍食团喂饲幼畜进行接种，幼畜出生后3～6周龄瘤胃内就有纤毛虫繁殖。而在一般情况下，犊牛要到3～4月龄瘤胃内才能建立纤毛虫区系。在瘤胃内缺乏纤毛虫的情况下，反刍动物也能良好生长。但在营养水平较低时，纤毛虫对宿主是十分有益。瘤胃内的纤毛虫喜好捕食饲料中的淀粉和蛋白质颗粒，并贮存于体内，避免了细菌的分解，直到纤毛虫离开瘤胃进入小肠并解体后，才能被消化吸收，从而提高了饲料的消化和利用率。纤毛虫体蛋白的生物价比细菌高，且含有丰富的赖氨酸等必需氨基酸，其品质超过菌体蛋白。纤毛虫约提供动物体蛋白需要量的20%。
　　2 细菌
　　细菌是瘤胃内最主要的微生物，不仅其种类和数目多，而且也很复杂，并随饲料种类，采食后时间和宿主状态而变化。根据所发酵物质的不同将瘤胃内细菌分为多种。例纤维素分解菌、蛋白分解菌、蛋白合成菌、维生素合成菌等。此外，还有各种附着在瘤胃壁并难以鉴定的贴壁菌。大多数细菌能发酵饲料中的一种或几种糖类，作为生长的能源。可溶性糖类如己碳糖、二糖和果聚糖等发酵最快，纤维素和半纤维素发酵慢，木质素发酵率不足15%。不能发酵糖类的细菌，常利用糖类分解后的产物作为能源。例如琥珀酸，常被反刍兽新月单胞菌脱羟基而变为丙酸和二氧化碳。细菌还能利用瘤胃内的有机物作为碳源和氮源，转化为它们的自身成分，然后在皱胃和小肠内被消化，供宿主利用。有些细菌还能利用非蛋白含氮物（如酰胺和尿素等）转化成自身菌体蛋白。因此，在反刍动物饲料中适当添加非蛋白含氮物，能增加微生物蛋白的合成。成年牛一昼夜进入皱胃的微生物蛋白质约有100克，约占牛日粮中蛋白质最低需要量的30%。瘤胃细菌存在三个部位，即胃液中、粘附于饲料颗粒上、粘附于瘤胃壁上皮。
　　3 厌氧真菌
　　约占瘤胃微生物总量的8%，真菌内含有纤维素酶、木聚糖酶、糖苷酶、半乳糖醛酸酶和蛋白酶等，尤其对纤维素有强大的分解力。
　　4 共生瘤胃内微生物
　　不仅与其宿主间存在着共生关系，而且微生物之间彼此也存在相互制约的共生关系。纤毛虫能吞噬和消化细菌，利用细菌作为营养源，并利用菌体酶来消化营养物质。因此，限制了瘤胃中细菌数目的增加。在个别情况下，瘤胃中纤毛虫完全消失时，细菌数量会显著增加，但瘤胃内消化代谢过程仍能维持原来水平。瘤胃中细菌之间也存在共生关系。例如，白色瘤胃球菌可消化纤维素，但不能发酵蛋白质。而反刍兽拟杆菌可消化蛋白质，却不能消化纤维素，当两者在一起生长时，前者消化纤维素所产生的己糖可满足后者的能量需要。而后者消化蛋白质也为前者提供了氨基酸和氨气，作为合成菌体蛋白的原料。
　　尽管瘤胃内生态环境相当复杂，但微生物消化代谢过程应作为一个整体看待。