La microbiología es la ciencia encargada del estudio y análisis de los microorganismos, seres vivos pequeños no visibles al ojo humano (del griego «μικρος» mikros «pequeño», «βιος» bios, «vida» y «-λογία» -logía, tratado, estudio, ciencia), también conocidos como microbios.
Se dedica a estudiar los organismos que son sólo visibles a través del microscopio (alguno de los cuales ni tan siquiera de esa forma es sencillo observarlos): organismos procariotas y eucariotas simples. A su vez éstos pueden estar constituidos por una sola célula (unicelulares), así como pequeños agregados celulares formados por células equivalentes (sin diferenciación celular); estos pueden ser a su vez eucariotas (células que poseen envoltura nuclear) tales como hongos y protozoos; y procariotas (células sin envoltura nuclear) como las bacterias, además de los virus.
La microbiología tradicional se ha ocupado especialmente de los microorganismos patógenos entre bacterias, virus y hongos, dejando a otros microorganismos superiores (pluricelulares) en manos de la parasitología y otras categorías de la biología.
Al tratar la microbiología sobre todo los microorganismos patógenos para los animales y el hombre, se relaciona con categorías de la medicina humana y veterinaria como la patología, inmunología y epidemiología entre otras.
Otros campos de la microbiología (no clínica) son la fisiología microbiana, genética microbiana, microbiología ambiental, microbiología evolutiva, microbiología industrial, microbiología agrícola, fitopatología y ecología microbiana entre otras.