La symbiose est la forme la plus poussée du mutualisme, association mutuellement bénéfique entre – le plus souvent – deux êtres vivants d'espèces différentes. En effet, dans les cas de symbiose, les organismes impliqués ne peuvent se développer ou vivre l'un sans l'autre dans les conditions données de leur milieu. Par exemple, les lichens représentent la symbiose entre un champignon et une algue (ou une bactérie) : le champignon protège l'algue du dessèchement ; l'algue synthétise des sucres (grâce à la photosynthèse) qui nourrissent le champignon. Cette association indispensable leur permet de coloniser des milieux aux conditions difficiles (rochers battus par le vent, sable des régions désertiques, troncs d'arbre, etc.) et fait d'eux des organismes pionniers (les premiers à s'installer dans un milieu dépourvu de végétation).

Les animaux qui se nourrissent de bois, d'herbes ou de feuilles, tels les termites ou les ruminants, hébergent dans leur appareil digestif des bactéries ou des protistes qui transforment la cellulose ; sans ces micro-organismes symbiotiques, ils seraient incapables de digérer et d'assimiler cette substance. En retour, les micro-organismes trouvent dans le milieu intestinal des aliments (sels minéraux), un abri et des conditions de vie stables et idéales pour leur développement. La flore intestinale joue aussi le rôle de barrière écologique : sa présence limite les risques que des micro-organismes pathogènes s'installent et provoquent des maladies.

Parmi les plantes, les légumineuses vivent en symbiose avec des bactéries, les rhizobiums, installés dans des nodules situés entre les racines. Ces rhizobiums fournissent à la plante de l'azote organique ; en échange, elles se nourrissent des matières organiques fabriquées par la plante.