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De nombreux avantages sont liés à l’utilisation de micro-organismes thermophiles

• L'augmentation de la température accroît le taux de diffusion et la solubilité des composés non gazeux et diminue la solubilité des composés gazeux (oxygène, hydrogène, méthane...). Or, la solubilité est souvent un facteur limitant de la bioconversion des substrats carbonés tels que les hydrocarbures, les composés aromatiques ou les polymères glucidiques.
  Cela peut cependant présenter un inconvénient : en effet, à l'échelle industrielle, les procédés fonctionnant sans oxygène (anaérobies) seront favorisés à haute température, alors que les conditions d'entretien des fermentations en présence d'oxygène (aérobies) deviennent plus complexes, à cause de l'évaporation de l'eau. 
• L'augmentation de la température diminue la viscosité et la tension superficielle de l'eau, ce qui a des effets bénéfiques sur la fermentation microbienne. En effet, dans les systèmes à grande échelle, le flux de liquide à travers le fermenteur est souvent le facteur limitant du processus. Or, avec une augmentation du taux de diffusion des substrats et une diminution de la viscosité du milieu, le flux est plus performant. Ainsi, l'efficacité du mélange est augmentée et la force à donner aux agitateurs est diminuée, on a donc besoin de moins d'énergie pour homogénéiser la culture.
• Les contaminations des milieux de culture par les différents phages ou bactéries parasites sont moins fréquemment observées dans les fermentations menées à hautes températures, le spectre des micro-organismes supportant de telles températures étant moins vaste.
• A haute température, la récupération des produits de catalyse ou de fermentation est plus aisée en raison de la diminution de la viscosité du milieu de culture et de l'augmentation de solubilité des composés non gazeux. A ces températures, il devient possible, en appliquant un vide modéré ou en ventilant avec du dioxyde de carbone, d'améliorer la distillation des produits volatils qui pourraient inhiber la croissance des cellules, ou qui sont intéressants en eux-mêmes, comme dans le cas de la production d'éthanol.
• L'activité métabolique entraîne une production de chaleur qui doit être éliminée lorsqu'on utilise des microorganismes mésophiles. Or, l'équipement réfrigérant et le transfert de chaleur représentent 10% du coût global de la fermentation microbienne. Comme les fermentations thermophiles n'ont pas besoin d'être intensément refroidies, cela constitue une économie d'énergie et diminue le coût du procédé. Lorsqu'il est conduit à haute température, le procédé devient même plus rentable puisque le processus industriel se déroule beaucoup plus rapidement s'il est engendré par des enzymes thermophiles.
• Certaines bactéries issues des abysses supportent une très forte pression. En effet, la pression dans le milieu marin, augmente environ d'une atmosphère normale (atm) tous les dix mètres atteignant des valeurs proches de 1000 atm (ou 100 Mpa) aux plus grandes profondeurs. Ces bactéries ou archéobactéries sont appelées barophiles et ne peuvent croître à des pressions inférieures à 40 Mpa. Les enzymes produites par ces bactéries résistent, elles aussi, à des pressions extrêmes. Ainsi, l'ATCase et le CPSase issues de Pyrococcus abyssi sont capables de supporter, en laboratoire, une incubation à 95°C et à 300 Mpa pendant des heures. Au contraire, les enzymes ATCase et CPSase, issue de la bactérie mésophile Escherichia coli, sont inactivées en quelques minutes et en quelques secondes. Ces résultats sont très intéressants dans le cadre d'utilisations industrielles, notamment dans des bioréacteurs à haute pression.