Τα μικρόβια ταξινομούνται σε διάφορους κύριους τομείς με βάση τα κυτταρικά χαρακτηριστικά και τη γενετική τους σύσταση. Η ταξινόμηση αυτή βοηθά στην κατανόηση των εξελικτικών τους σχέσεων και λειτουργιών. Τα βακτήρια αποτελούν τους προκαρυωτικούς μικροοργανισμούς, που στερούνται πυρήνα, ενώ τα ευκαρυωτικά περιλαμβάνουν τους μύκητες, τα πρωτόζωα και τα φύκη, που είναι πιο πολύπλοκα και σύνθετα στη δομή τους και το γενετικό τους υλικό φυλάσσεται στον πυρήνα του κυττάρου. Οι ιοί, αν και δεν θεωρούνται ζωντανοί οργανισμοί (παρουσιάζουν χαρακτηριστικά της ζωής μόνον όταν πολλαπλασιάζονται μέσα σε ένα κύτταρο-ξενιστή), μελετώνται επίσης στη μικροβιολογία και ταξινομούνται με βάση το γενετικό τους υλικό και τις μεθόδους αντιγραφής τους.