Mikrobiologija je kot veja biologije veda o mikroorganizmih (mikrobih). Sem sodijo številni in raznoliki organizmi, ki obstajajo kot posamezne celice ali skupki celic, med njimi evkarionti, kot so glive, praživali in alge ter prokarionti, kot so bakterije in arheje. V skupino mikroorganizmov sodijo tudi virusi, čeprav niso striktno razvrščeni kot živi organizmi. Glede na obravnavan mikroorganizem se mikrobiologija deli na mnoge veje: bakteriologija, virologija, mikologija, parazitologija. Specialist s področja mikrobiologije se imenuje mikrobiolog. Mikrobna celica je sposobna samostojnega življenja in je sposobna rasti, tvorbe energije in razmnoževanja neodvisno od drugih celic (izjema so virusi). Tako se celice mikroorganizmov razlikujejo od celic živali ali rastlin, saj le-te ne morejo živeti samostojno.
Mikrobiologija je osnovna biološka znanost, ki nudi nekatera najbolj dostopna raziskovalna orodja za raziskovanje delovanja življenjskih procesov. Z uporabo mikroorganizmov nam je uspelo razumeti najbolj zapletene kemične in fizikalne procese življenja. Kot uporabna biološka znanost se mikrobiologija ukvarja z mnogimi pomembnimi težavami v medicini, industriji, ekologiji ... Nekateri mikroorganizmi povzročajo zelo nevarne bolezni pri ljudeh, v industriji pomagajo pri proizvodnji antibiotikov, uporabljamo jih tudi za čiščenje odpadnih vod.