近年は、検体から直接、または、培地で増殖させてから、病原体の核酸を検出する病原体遺伝子検査もよく行われる。
なお、免疫化学検査装置を用いて抗原抗体反応により血液中の微生物を検出する検査や、
これらは、通常、微生物学的検査ではなく免疫血清学的検査に分類される。
顕微鏡検査.
細菌や真菌が主な対象となる。ウイルスは光学顕微鏡では観察できないため、通常、対象外である。
また、血液については、敗血症の場合も血液中の細菌の数はきわめて少ないため、直接、血液を塗抹鏡検することは行われない。
それほど感度が高い検査ではないが、迅速・安価に実施でき、臨床経過ともあわせて得られる情報が多い。
顕微鏡検査に際しては、通常は簡便なグラム染色を行う。特徴的な形態や染色性からある程度菌種を絞り込むことが可能である。
白血球数などから炎症の有無も推測できることがある。
また、痰など常在菌で汚染されている検体では、白血球に多数貪食されている菌は起炎菌と推定することができる。治療が有効であれば菌が消失するので治療効果の評価にも有用である。
ただし、抗酸菌、レジオネラ、クラミジア、マイコプラズマなど、グラム染色で染まりにくい微生物も存在するので注意を要する。
また、脳脊髄液中のクリプトコッカスは墨汁染色で観察することがある。
その他、赤痢アメーバ、ランブル鞭毛虫、トリコモナスなど原虫の場合は検体を無染色で鏡検して運動を観察することもある。
抗原検査.
検査装置による、血中のβグルカンや、血中または髄液中の真菌抗原（アスペルギルス、クリプトコッカス）の検査があるが、免疫血清学的検査として扱われることが多い。
培養・同定.
微生物を培養して数を増やし、一種類の菌のみを分離してから同定する検査である。
主に細菌と真菌について行われるが、クラミジア、リケッチア、スピロヘータなどをはじめとして、培養が困難な細菌も多々存在する。真菌ではニューモシスチスが培養困難である。
ウイルスの培養は生きた細胞が必要であり、通常、医療施設内では行われない。
分離培養.
菌の同定や薬剤感受性検査には、通常、一種類の菌のみを分離する必要がある。
痰などの検体中には、目的菌（病原菌）以外に、正常の生体細菌叢を形成する常在菌なども多数混在している。