Ekstremofile to szczególny przedmiot badań astrobiologii. Zalicza się do nich wszelkie organizmy zdolne do przetrwania w najbardziej ekstremalnych (z naszego punktu widzenia) warunkach (klimatycznych, temperaturowych, chemicznych i fizycznych). Są szczególnie ciekawe ze względu na analogię – podobnie trudne warunki spotyka się na innych ciałach Układu Słonecznego, a zatem badania ekstremofili wiele mówią nam o tym, gdzie jeszcze poza Ziemią życie teoretycznie może występować – i radzić sobie dobrze. Są znane i badane od lat sześćdziesiątych XX wieku i z początku stanowiły dla naukowców duże zaskoczenie – wiele takich organizmów znaleziono na przykład głęboko pod ziemią, w obszarze uważanym dawniej za martwy.

Termin „ekstremofile” został użyty po raz pierwszy w 1974 roku w artykule naukowca R.D. MacElroya, i dosłownie znaczy tyle, co „skrajnie lubne (organizmy)”. Przyjęto go z czasem do oznaczania tych mikroorganizmów, które żyją w egzotycznych dla nas warunkach. Co więcej – wiele z nich nie jest w stanie przetrwać zbyt długo w warunkach uważanych przez ludzi za „normalne”.  Na przykład mikroorganizmy Ferroplasma acidiphilum wymagają do życia dużej ilości żelaza w środowisku – zabójczej dla innych form ziemskiego życia. Istnieje hipoteza, zgodnie z którą są to pozostałości po pradawnych formach życia na ziemi – takich, które wyewoluowały i egzystowały jeszcze w trudnych warunkach panujących podczas formowania się środowiska na naszej planecie.

Przykład termofili – prostych organizmów zamieszkujących gorące źródło Grand Prismatic Spring w Parku Narodowym Yellowstone i barwiących je na kolor jaskrawoniebieski. Źródło: Jim Peaco, National Park Service - http://www.nps.gov/features/yell/slidefile

Wbrew pozorom ekstremofile to nie tylko bakterie. Choć większość z nich to jednokomórkowce, w systemie klasyfikacji można je podzielić na trzy domeny: archeony („bakterie pierwotne”), bakterie właściwe i eukarionty (proste organizmy jądrowe), stanowią więc dość zróżnicowaną grupę, w której skład wchodzą również... drożdże. Ciekawym przykładem są tu także owady z rodziny Grylloblattidae, zdolne do życia w skrajnie niskich temperaturach.

Należy zaznaczyć, że dla życia opartego na związkach węgla i wodzie istnieją dolne i górne ograniczenia na przeżywalność i możliwość przetrwania. Przykładowo, istnienie organizmów żyjących w temperaturze powyżej 150 °C wydaje się praktycznie niemożliwe, bowiem w takiej temperaturze następuje rozpad cząsteczek DNA i białek,