光合成能力を有する微細藻により水素生成の資化源を得る工程と、該資化源を用いて光合成能力を有する細菌により水素を生成する工程と含む一連の工程からなる水素生産方法において、上記微細藻および/あるいは上記細菌を、液体に不溶な担体に固定して該液体中に存在させた状態で細胞培養を予め行って細胞濃度を高めた後に、上記工程に供給している。上記予め細胞濃度を高めた微細藻および細菌は、細胞の増殖が進行した対数増殖期後期乃至定常期の微細藻および細菌とし、海水あるいは/及び窒素供給源・無機成分・ビタミンを含む溶液中に飽和状態で存在させている。