میکروبیولوژی را می توان به چندین زیرشاخه تقسیم کرد: فیزیولوژی میکروبی: مطالعه نحوه عملکرد بیوشیمیایی سلول میکروبی است که شامل مطالعه رشد، متابولیسم و ساختار سلول میکروبی است. ژنتیک میکروبی: مطالعه نحوه تنظیم و بیان ژن ها در میکروب ها در رابطه با عملکردهای سلولی آنهاست. این شاخه با حوزه زیست شناسی مولکولی مرتبط است. میکروبیولوژی مولکولی: مطالعه زیست شناسی مولکولی و ژنومیک میکروارگانیسم ها. میکروب شناسی پزشکی: بررسی نقش میکروب ها در بیماری های انسانی. شامل مطالعه پاتوژنز میکروبی و اپیدمیولوژی و مربوط به مطالعه آسیب شناسی بیماری و ایمونولوژی است. میکروبیولوژی دامپزشکی: بررسی نقش میکروب ها در داروهای دامپزشکی یا تاکسونومی حیوانات. میکروبیولوژی محیطی: مطالعه عملکرد و تنوع میکروب ها در محیط طبیعی آنهاست. این شاخه شامل مطالعه بوم شناسی میکروبی، چرخه مواد غذایی با واسطه میکروبی، ژئوميكروبيولوژي، تنوع ميكروبي و پالايش زيستي است. میکروبیولوژی تکاملی: مطالعه تکامل میکروب ها. شامل مطالعه سیستماتیک و طبقه بندی باکتریایی است. میکروبیولوژی صنعتی: بهره برداری از میکروب ها برای استفاده در فرآیندهای صنعتی، به عنوان مثال می توان به تخمیر صنعتی و تصفیه فاضلاب اشاره کرد. این شاخه ارتباط تنگاتنگی با صنعت بیوتکنولوژی دارد. ایرومیکربیولوژی: مطالعه میکروارگانیسم های موجود در هوا. میکروبیولوژی غذایی: مطالعه میکروارگانیسم های باعث فساد مواد غذایی. میکروبیولوژی دارویی: مطالعه میکروارگانیسم های ایجاد کننده آلودگی و فساد دارویی
