大曲的微生物主要有四類：即黴菌、細菌、酵母菌、放線菌。放線菌為數不多，在大曲中的作用尚不十分明顯。
1、黴菌
大曲中的黴菌主要有麴黴屬、根黴屬、毛黴屬、青黴屬等，其中麴黴屬、根黴屬、毛黴屬為有益菌，麴黴是主要的糖化菌，是大曲和其他曲中最多的菌；根黴是主要的糖化菌，具有較高的糖化力；毛黴因其形狀似頭髮狀而得名，生產上常常叫做長「水毛」的大多數就是毛黴，屬於感染菌，也可以說是有害菌。青黴在大曲或釀酒生產上完全屬於有害菌，對大曲中其他有益微生物有極大抑制力，且能使酒呈苦味。
黴菌的作用：
黴菌生長代謝能產生多種酶。大麯酒釀造主要利用其代謝產生的液化型、糖化型澱粉酶，作為生產發酵中的糖化劑。
能代謝產生澱粉酶的黴菌有：根黴、麴黴、毛黴等。其中尤以根黴麴黴產生的澱粉酶活力最強，以此為主體的大曲糖化、液化力也較強。大曲生長的黴菌種類和數量受培曲溫度的影響。培養溫度高，液化能力高，糖化力低；培養溫度低，液化力低，糖化力高。
黴菌，特別是毛黴，還能產生一種活性較強的蛋白質分解酶。此酶能催化原料中的蛋白質分子水解為朊、腖、多肽，最後分解形成胺基酸。
2、細菌
有一種說法：糖化動力——黴菌，發酵動力——酵母菌，生香動力——細菌。可見細菌在釀酒中的作用。細菌主要有濃香型白酒中的己酸菌、甲烷菌及丁酸菌；醬香型白酒中的耐高溫芽孢桿菌，產乳酸、醋酸、丙酸等有機酸的細菌等。大曲中的細菌主要是球菌和桿菌兩種類型，最多的是乳酸菌。
細菌的作用：
乳酸菌，具有乳酸脫氫酶和乳酸消旋酶，能進行同型和異型乳酸發酵，一般以同型乳酸發酵為主，將葡萄糖經由HDP途徑代謝，產生乳酸。
醋酸菌形成的酶具有較強的氧化能力，能利用葡萄糖生產葡萄糖酸，也能氧化乙醇生成乙酸，是發酵酒醅中乙酸的主要產生菌。
芽孢桿菌具有水解澱粉和蛋白質的能力，有的芽胞桿菌能代謝產生酒中的芳香成分雙乙醯等。產氣芽孢桿菌都有較強的V·P反應（乙醯甲基甲醇反應），與酒中2,3-丁二醇、雙乙醯等香味物質的生成有關。
3、酵母菌
酵母是一種單細胞真菌，在有氧和無氧環境下都能生存，屬於兼性厭氧菌。在缺乏氧氣時，發酵型的酵母通過將糖類轉化成為二氧化碳和乙醇(俗稱酒精)，這就是為什麼白酒釀造需要密封發酵的主要原因。大曲中的酵母菌有酒精酵母、產酯酵母假絲酵母屬等。
酵母菌的作用：
酵母菌在發酵釀酒過程中，具有兩個十分突出的作用，即酒化和酯化作用。大曲中的酒精酵母能產生活力較強的酒化酶，能將葡萄糖通過EMP途徑代謝轉化成酒的主要成分——乙醇，這是麯酒最重要也是最基礎的物質。
產酯酵母具有較強的酯合成能力，能代謝產生大量的酯類物質，如己酸乙酯等，能賦予大麯酒濃鬱的芬芳。
酵母菌代謝還能產生許多物質，如甘油和其它多元醇等，對酒體的完美與豐滿有著重要的作用。