微生物学（びせいぶつがく、）は、微生物を対象とする生物学の一分野。
微生物とは（真正）細菌、古細菌、原生生物、真菌類など、顕微鏡的大きさ以下の生物を指す。主として原核生物（細菌、古細菌）を対象とし、ウイルスを対象に含める場合もある。
手法.
純粋培養.
微生物学の最も基本的な実験ないし手法としては、微生物の純粋培養技術（分離）がある。環境下では様々な種類の微生物同士が種間相互作用を行っており、これらの相互作用を除いて個々の種類の性質を探るには、微生物を純粋に培養する技術が最も基本的なところとなる。なお、純粋培養には器具の滅菌、ならびに培地の組成など微生物のみならず、細胞を扱う学問の基礎となる技術が伴う。
培地の組成や温度、培養時間などによって分離できる菌が異なる。
難培養性微生物.
純粋培養に基づく研究は微生物学の王道となってきたが、未知の因子を要求するものなど、純粋培養が不可能もしくはきわめて困難な微生物も多く、これらは難培養性微生物と呼ばれる。土壌など、自然界に存在する微生物の大半は、このような難培養性微生物であるといわれており、PCRやDNAマイクロアレイ、メタゲノム解析などの技術を用いた、純粋培養によらない研究手法も模索されている。
代謝.
細胞の基礎代謝については、真核生物を用いたものよりも、個々の細胞クローンが得られる微生物から多くの知見が得られた。異化、同化をはじめ、タンパク質や脂質、核酸の生合成などの多くは、微生物学から研究が進められた。
増殖.
微生物の増殖に関する実験からは、細胞の栄養要求性や、遺伝子発現の調節などといった事柄が理解されている。また、栄養要求性のみならず、環境因子の要求（温度、pH、酸素など）についてもその知見が得られている。
顕微鏡観察.
アントニー・ファン・レーウェンフックの発明した顕微鏡は微生物の概念をもたらしたが、顕微鏡を用いた細胞の観察は現在でも必要欠くべからざるものである。現在は、電子顕微鏡をはじめ多くの高性能な顕微鏡が開発されているが、その結果微生物表面に存在する鞭毛運動やタンパク質の挙動などが明らかになってきている。
微生物の遺伝学.
分類.