Sinh cảnh
Kiểu sinh cảnh khắc nghiệt

Bài chi tiết: Sinh vật ưa cực
Mặc dù phần lớn sự sống trên Trái Đất sống trong môi trường trung bình, song số ít sinh vật (hầu hết là vi khuẩn) đã tìm đến những môi trường khắc nghiệt không phù hợp với các dạng sống phức tạp hơn. Ví dụ, có những vi khuẩn sống ở Hồ Whillans, nửa dặm bên dưới lớp băng ở Nam Cực; trong trường hợp không có ánh sáng mặt trời, chúng phải dựa vào vật chất hữu cơ từ nơi khác, có thể là chất phân hủy từ nước tan chảy của sông băng hoặc khoáng chất từ đá bên dưới. Những vi khuẩn khác có thể được phát hiện đông đảo ở Rãnh Mariana, nơi sâu nhất trong đại dương và trên Trái Đất; tuyết đại dương trôi xuống từ các lớp bề mặt của biển và tích tụ trong thung lũng dưới đáy biển, cung cấp chất dinh dưỡng cho một quần thể vi khuẩn rộng lớn.
Những vi khuẩn khác sống trong môi trường thiếu oxy và phụ thuộc vào các phản ứng hóa học ngoài quang hợp. Khi khoan xuống đáy biển đầy đá 300 m (1.000 ft) có thể thấy những quần thể vi sinh vật có cấu tạo dường như dựa trên những sản phẩm của phản ứng giữa nước và các thành phần của đá. Những quần thể này chưa được nghiên cứu nhiều, nhưng có thể là một phần quan trọng của chu trình carbon địa cầu. Đá trong mỏ sâu 3,2 km (2 dặm) cũng chứa vi khuẩn; chúng sống dựa trên những vết tích nhỏ của hydro được tạo ra trong các phản ứng oxy hóa chậm bên trong đá. Những phản ứng trao đổi chất này cho phép sự sống tồn tại ở những nơi không có oxy hoặc ánh sáng (môi trường trước đây bị xem là không có sự sống).
Vùng gian triều và vùng sáng trong đại dương là những kiểu sinh cảnh tương đối quen thuộc. Tuy nhiên, phần lớn đại dương không phù hợp cho con người khám phá, khi mà giới hạn để cho một thợ lặn có bình khí lạn xuống là khoảng trên 50 m (160 ft). Giới hạn thấp nhất để quá trình quang hợp có thể diễn ra là từ 100 đến 200 m (330 đến 660 ft) và dưới độ sâu ấy xung quanh hoàn toàn chỉ là bóng tối, áp suất cao, ít oxy (ở một vài nơi), nguồn thức ăn khan hiếm và vô cùng lạnh lẽo. Sinh cảnh này rất khó nghiên cứu và cũng như ít được nghiên cứu vì nó vô cùng rộng lớn, với 79% sinh quyển của Trái Đất nằm ở độ sâu hơn 1.000 m (3.300 ft).  Không có sự sống của thực vật, động vật trong khu vực này hoặc là loài ăn mùn bã (phụ thuộc vào thức ăn trôi xuống từ các lớp bề mặt) hoặc chúng là động vật ăn thịt lẫn nhau. Một số sinh vật là sinh vật biển bơi hoặc trôi dạt giữa đại dương, trong khi những sinh vật khác là sinh vật đáy, sống trên hoặc gần đáy biển. Tốc độ phát triển và trao đổi chất của chúng có xu hướng chậm lại, mắt chúng có thể rất to để phát hiện những thứ ở nơi ít ánh sáng, hoặc chúng có thể bị mù và dựa vào các đầu vào giác quan khác. Một số sinh vật biển sâu có thể phát quang sinh học, giúp phục vụ nhiều chức năng như săn mồi, bảo vệ và tìm được bạn đời. Nói chung, cơ thể của động vật sống ở độ sâu lớn thích nghi với môi trường áp suất cao nhờ có phân tử sinh học chịu được áp suất và phân tử hữu cơ nhỏ có trong tế bào của chúng được gọi là piezolyte, mang lại cho protein cho nhu cầu linh hoạt của chúng. Ngoài ra còn có chất béo không bão hòa trong màng ngăn chúng không bị đông đặc ở nhiệt độ thấp.
Miệng phun thủy nhiệt lần đầu được phát hiện ở độ sâu đại dương vào năm 1977. Chúng là kết quả của việc nước biển trở nên nóng lên sau khi thấm qua các vết nứt đến những nơi có mắc ma nóng gần đáy biển. Những suối nước nóng dưới nước có thể phun lên nhiệt độ trên 340 °C (640 °F) và hỗ trợ các quần thể sinh vật độc nhất trong vùng lân cận của chúng. Cơ sở cho sự sống dồi dào này là hóa tổng hợp (quá trình mà vi khuẩn chuyển đổi các chất như hydro sunfide hoặc amonia thành các phân tử hữu cơ). Những vi khuẩn này và cổ khuẩn là sinh vật sản xuất chính trong các hệ sinh thái này và hỗ trợ tính đa dạng cho sự sống. Khoảng 350 loài sinh vật (chủ yếu là động vật thân mềm, giun nhiều tơ và động vật giáp xác) đã được phát hiện xung quanh các miệng phun thủy nhiệt vào cuối thế kỷ 20, hầu hết chúng là loài mới đối với giới khoa học và là loài đặc hữu của những kiểu sinh cảnh này.
Bầu khí quyển bên cạnh việc mang lại cơ hội di chuyển cho động vật có cánh và làm đường dẫn phát tán hạt phấn hoa, bào tử và hạt, còn có thể được xem là một kiểu sinh cảnh theo đúng nghĩa của nó. Có những vi khuẩn hoạt động trao đổi chất tích cực sinh sản và hoàn toàn chỉ tồn tại trong không khí, với hàng trăm nghìn sinh vật riêng lẻ ước tính có mặt trong một mét khối không khí. Quần thể vi sinh vật trong không khí có thể đa dạng như trong đất hoặc các môi trường trên cạn khác, tuy nhiên những sinh vật này không phân bố đều, mật độ của chúng thay đổi theo không gian với các điều kiện độ cao và môi trường. Sinh học không khí chưa được nghiên cứu nhiều, nhưng có bằng chứng về cố định nitơ trong mây và bằng chứng ít rõ ràng hơn về chu trình carbon, cả hai đều được hoạt động của vi sinh vật tạo điều kiện thuận lợi.
Có những ví dụ khác về kiểu sinh cảnh khắc nghiệt tồn tại các dạng sống thích nghi đặc biệt; hồ nhựa đường có đầy sự sống của vi sinh vật; các bể dầu thô tự nhiên là nơi sinh sống của ấu trùng ruồi dầu; suối nước nóng là nơi nhiệt độ có thể cao tới 71 °C (160 °F) và vi khuẩn lam tạo nên thảm vi sinh vật; lỗ phun lạnh là nơi khí methan và hydro sunfide thoát ra từ đáy đại dương và hỗ trợ vi sinh vật và động vật bậc cao như trai hình thành mối liên hệ cộng sinh với các sinh vật kỵ khí này; chảo muối chứa vi khuẩn chịu mặn, cổ khuẩn và cả các loại nấm như nấm men đen Hortaea werneckii và nấm đảm Wallemia ichthyophaga; các tảng băng ở Nam Cực hỗ trợ nấm Thelebolus; băng hà chứa nhiều loại vi khuẩn và nấm; và những cánh đồng tuyết nơi tảo phát triển.