Mikrobiologija (iš gr. μῑκρος = mīkros 'mažas'; βίος = bios 'gyvybė' ir λογία = logia 'mokslas') – mokslas apie mikroorganizmus, kurie yra vienaląsčiai (sudaryti iš vienos ląstelės), daugialąsčiai (ląstelių kolonija), ar neląsteliniai (neturintys ląstelės).[1] Tai plati biologijos mokslų sritis, kuri apima smulkiųjų organizmų sandarą, jų gyvenimo būdą ir reikšmę gamtoje, žemės ūkyje, pramonėje bei medicinoje. Mikrobiologija apima kelias disciplinas įskaitant virusologiją, parazitologiją, mikologiją ir bakteriologiją. Protistai ir kai kurie grybai (mielės ir pelėsiniai grybai) yra eukariotiniai mikroorganizmai ir turi membrana apsuptas organeles. Prokariotiniai organizmai (kurie visi yra priskiriami mikroorganizmams) neturi membrana apsuptų organelių. Prokariotiniai mikroorganizmai apima bakterijas ir archėjas.[2][3] Tradiciniai mikrobiologijos metodai apima mikroorganizmų kultyvavimą, dažymą ir mikroskopavimą.