Các vi khuẩn cổ sống môi trường cực đoan, đặc biệt những loài có tính chống chịu với cả nhiệt hay axít và kiềm, là nguồn cho các enzyme có thể hoạt động dưới những điều kiện khắc nghiệt trên.[147][148] Những enzyme này được phát hiện với nhiều công dụng. Ví dụ, các DNA polymerase ổn định với nhiệt độ, như Pfu DNA polymerase từ Pyrococcus furiosus, đã tạo nên cuộc cách mạng trong ngành sinh học phân tử nhờ cho phép phản ứng chuỗi trùng hợp sử dụng trong nghiên cứu trở thành một kĩ thuật đơn giản và nhanh chóng để tái bản DNA. Trong công nghiệp, amylase, galactosidase và pullulanase ở các loài Pyrococcus khác mà có thể hoạt động ở nhiệt độ lớn hơn 100 °C (212 °F) đã giúp cho việc xử lý thực phẩm ở nhiệt độ cao, như sản xuất ra sữa và váng sữa có lượng lactose thấp.[149] Các enzyme từ những vi khuẩn cổ ưa nhiệt cũng có khuynh hướng ổn định trong các dung môi hữu cơ, từ đó có những ứng dụng trong các quá trình thân thiện với môi trường trong ngành hóa học xanh nhằm tổng hợp các hợp chất hữu cơ.[148] Tính ổn định này còn giúp chúng tham gia vào cả sinh học cấu trúc. Những enzyme tương tự như của vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn lấy từ vi khuẩn cổ thường được sử dụng trong các nghiên cứu của ngành này.[150]

Trái ngược với một loạt những ứng dụng của các enzyme vi khuẩn cổ, việc sử dụng chính bản thân các loài này trong công nghệ sinh học thì còn chưa phát triển. Vi khuẩn cổ sinh metan là một phần thiết yếu trong xử lý nước thải, chúng cũng là một phần của cộng đồng vi sinh vật có tính năng tiêu hóa kị khí và sản xuất biogas.[151] Trong xử lý mỏ, những vi khuẩn cổ ưa axít cho thấy triển vọng trong việc chiết xuất các kim loại từ quặng. bao gồm vàng, cobalt và đồng.[152]

Vi khuẩn cổ có một lớp mới các chất kháng sinh có tiềm năng ứng dụng. Một vài chất đã được mô tả nhưng người ta tin rằng vẫn còn hàng trăm chất khác tồn tại, đặc biệt trong các nhóm Haloarchaea và Sulfolobus.[153] Những hợp chất này có cấu trúc khác biệt hơn là với kháng sinh từ vi khuẩn, do đó chúng có thể có những cách thức hoạt động hoàn toàn mới. Thêm vào đó, chúng có thể cho phép tạo ra những gen đánh dấu chọn lọc mới mà ứng dụng trong ngành sinh học phân tử của vi khuẩn cổ.[154]