In staat om gebruikmakend van oxidatie-reductiereacties energie te genereren voor kooldioxide-fixatie en de synthese van de eigen macromoleculen vanuit anorganische bouwstenen
Chemo-autotrofe organismen kunnen net als foto-autotrofen organische koolstofverbindingen zelf synthetiseren door kooldioxide uit het milieu te fixeren maar ze gebruiken daarbij geen zonlicht maar energie opgewekt met chemische reacties, meestal redoxreacties. Daarom kan chemo-autotrofie ook plaatsvinden op plekken waar geen zonlicht doordringt, zoals in de diepzee. Het wordt ook chemolithotrofie genoemd omdat het reacties betreft van mineralen en elementen. Chemo-autotrofie komt alleen voor bij bacteriën en Archaea.
Anorganische verbindingen die chemo-autotrofen gebruiken zijn waterstofsulfide (H$$$_2$$$S), waterstofgas (H$$$_2$$$), gereduceerd ijzer (Fe$$$^{2+}$$$) en ammoniak (NH$$$_3$$$). Bij oxidatie van deze verbindingen onder aerobe of anaerobe condities komt energie vrij die gebruikt wordt om een protonengradiënt over de celmembraan op te bouwen. Die gradiënt kan, op dezelfde manier als bij foto-autotrofie, door een ATPase gebruikt worden om ATP te genereren dat vervolgens ingezet wordt om de koolzuurassimilatie aan te drijven (via de Calvin-cyclus of de omgekeerde citroenzuurcyclus).
Door symbiose met chemo-autotrofe bacteriën kunnen dieren (die altijd heterotroof zijn) voorkomen op plekken waar geen fotosynthese mogelijk is. Dit is bekend van Vestimentifera rond hydrothermale uitlaten op de oceaanbodem. Deze merkwaardig gevormde kokerwormen hebben geen mond of anus maar een langgerekte zak (trofosoom) in hun lichaam waarin ze autotrofe bacteriën “kweken” die groeien op de energie van sulfide-oxidatie en als voeding dienen voor de wormen.
Waarschijnlijk was anaerobe chemo-autotrofie het eerste energie-genererende proces bij het ontstaan van het leven, zo’n 4 miljard jaar geleden. Foto-autotrofie is namelijk ingewikkelder (vereist minimaal fotosysteem I). Heterotrofie kon sowieso pas evolueren nadat autotrofen een zekere hoeveelheid biomassa hadden gemaakt.
