Ekstremofillər əsasən ekstremal şəraitdə yaşamalı və bu şəraitdə optimal inkişaf etməli olan tək hüceyrəli orqanizmlərdir. Ekstremofillər ekstremal mühitlərdə inkişaf edir, yerüstü orqanizmlərin böyüməsi və çoxalması üçün tələb olunan optimal şəraitdən çox fərqlənir. Ekstremalların əksəriyyəti (ekstremal şərtləri sevən) mikroorqanizmlərdir. Arxeaya domeninin ekstremofillərin geniş yayıldığı bir sahə olduğu bilinsə də, ekstremofillər həm bakteriya, həm də arxeyaların içində çoxsaylı və fərqli genetik xətlərdə yerləşir. Arxeaya və ekstremofil terminləri vaxtaşırı dəyişdirilsə də, çox sayda mezofilik arxeayaların və bir çox ekstremofil bakteriya olduğu məlumdur. Yenə də ekstremofillərin hamısı tək hüceyrəli deyil. Çox hüceyrəlilərə misal olaraq ekstremofilik metazoalardan, pompeii qurdu, psixrofilik (soyuq həyatı sevən) Grylloblattodea (böcək) və artritik xərçəngkimiləri (crustacea) göstərmək olar.

Tardiqradlar (mikroskopik canlı) ekstremal şəraitdə yaşaya bilsələr də, ekstremal olaraq təsnif edilmir, çünki bu mühitlərdə daimi yaşaya bilmirlər və həyatları ərzində bu şərtlərə məruz qaldıqları müddət azaldığı üçün ekstremofil olaraq sinifləndirilmirlər.