放線菌主要能促使土壤中的動物和植物遺骸腐爛。放線菌中也有致病菌，如牛放線菌，在口頰、齒齦等部位發生損傷時能侵入組織內 ，引起放線菌病。最主要的致病放線菌是結核分枝桿菌和麻風分枝桿菌，可導致人類的結核病和麻風病。
放線菌最重要的作用是可以產生、提煉抗菌素，目前世界上已經發現的2000多中抗菌素中，大約有56%是由放線菌（主要是放線菌屬）產生的，如鏈霉素、土霉素、四環素、慶大霉素等都是由放線菌產生的此外有些植物用的農用抗菌素和維生素等也是由放線菌中提煉的。放線菌在甾體的轉化、石油的脫蠟、污水的處理等方面也有廣泛的用途，在自然界的氮素循環中也起著一定的作用。