Η μελέτη των μικροοργανισμών παρουσιάζει μοναδικές προκλήσεις. Πολλοί μικροοργανισμοί είναι δύσκολο να καλλιεργηθούν σε εργαστηριακές συνθήκες, καθιστώντας τη μελέτη τους πολύπλοκη. Οι ταχύτατοι ρυθμοί μετάλλαξης ορισμένων παθογόνων μικροοργανισμών, όπως οι ιοί, οδηγούν στην εμφάνιση νέων στελεχών, περιπλέκοντας τις στρατηγικές θεραπείας και πρόληψης. Μια άλλη πρόκληση είναι η κατανόηση της τεράστιας ποικιλομορφίας της μικροβιακής ζωής, ιδίως στην ανθρώπινη υγεία, όπου η ισορροπία μεταξύ ωφέλιμων και βλαβερών μικροβίων είναι λεπτή και όχι πλήρως κατανοητή.