炭素、窒素をはじめ多くの物質が生態系の中を循環しているが、中には微生物にユニークな反応も存在し、物質循環に果たす微生物の役割は想像以上に大きいことが示唆されている。この学問は特に微生物生態学といわれている。また、微生物間の種間相互作用も研究が進んでいる。
微生物は形が小さいために形態が単純であり、多細胞生物のようにその表現型から分類を行うことは難しい。が、上記の微生物学的知見を駆使して分類を行うことは不可能ではない。また、表現型の評価が難しいことから16S rRNA系統解析のような遺伝子を用いて分類を行うことが考え出されている。藻類や原生動物においては、形態が重要視されるが、電子顕微鏡レベルでの構造が明らかになるに連れ、外形よりも鞭毛装置などの微細構造が重視されるようになった。菌類では、生理作用による判別と形態が共に重視され、原核生物では、外見的な形態での分類はほとんど望めないため、生理作用、たとえば様々な物質の分解能などが重視されたが、これらも次第に分子遺伝学的形質等に重点を移しつつある。
微生物の培養から元株の完全なクローンが通常得られるが、一定の確率で性状のやや異なる株が得られる。突然変異の概念をもたらしたのは微生物学の成果の一つでもあり、突然変異の誘導をはじめ、相同組み換え、形質転換、接合、F因子の伝達、形質導入といった、現在の分子生物学にきわめて重要な多くの方法を提供してきた。
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。
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、同化はもちろん、タンパク質や脂質、核酸の生合成などは微生物学からえられたものといっても過言ではない。
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マイクロアレイなどの新技術を用いた、純粋培養によらない研究手法も模索されている。
日本統治時代の台湾の台北の裕福な家庭に生まれる。1953年（昭和28年）に台北市内の台北市立第一女子高級中学を卒業後は結婚、国際学舎（留学生会館）に勤務した。1956年、22歳の時離婚。1959年（昭和34年）、25歳で早稲田大学第一文学部英文学科に留学。翌1963年（昭和38年）に同大修士課程に進学。1964年（昭和39年）、東京大学大学院博士課程在学中の周英明と再婚（学生結婚）し、1男1女をもうける。1971年（昭和46年）、早稲田大学大学院文学研究科博士課程単位取得退学。早稲田大学の大学院生時代から、聖心女子学院高校・東京女子大学・東京理科大学で非常勤講師を歴任。早稲田大学では、1996年（平成8年）3月まで20年以上、英語非常勤講師を務めた。1975年（昭和50年）から1976年（昭和51年）まで、ケンブリッジ大学客員研究員として渡英。日本滞在中の1962年（昭和37年）、台湾独立運動を推進していた台湾青年社（後の台湾独立建国連盟）に参加。早大在学中には、台湾独立建国連盟が発行する機関紙の英語版編集長を務め、他の台湾人留学生らと大学同窓会「台湾稲門会」を結成。そのため、夫と共に反政府活動家として政府のブラックリスト（黒名単）に登録された。旅券は剥奪され、日本で事実上の亡命生活を送った。1987年（昭和62年）7月15日、台湾で1949年（昭和24年）5月20日以来38年間続いた戒厳が解除。翌年、李登輝が台湾人初の中華民国総統に就任。台湾民主化の流れの中でブラックリストを解除され、31年ぶりに帰国した。翌1988年（昭和63年）、学校法人柴永国際学園（3月）、JET日本語学校（4月）を設立。2000年（平成12年）に発足した民進党の陳水扁政権では、日本に亡命していた黄昭堂ら、ブラックリスト組の200余名らとともに、中華民国総統府国策顧問の一員となった。2005年（平成17年）2月28日に総統府国策顧問を辞任、同年5月20日に復帰したが、2006年（平成18年）6月2日に総統府が機構改革のため国策顧問ポストを置かないことになり再辞任。2009年（平成21年）9月、日本へ帰化。2017年（平成29年）秋の叙勲で旭日小綬章を受章。