微生物生态学是研究微生物之间及与环境相互作用的学科，既包括真核细胞也包括原核细胞。

在地球上，微生物无所不在，在整个生物圈中都可发现。除非最为极端的环境，它们在酸性湖泊、深海、冰冻的地方和热泉口都能够生存。随着研究的不断深入，微生物在全球物质能量循环中起到的作用被越来越多地认识到，对微生物生态学的研究将对气候、环境研究起到至关重要的作用。

微生物生态学的核心问题包括：

谁在哪里？——发现新的微生物并对其分类

有哪些种类，各有多少？——多样性，群落构成

某一类群的细胞在干什么？——功能

种群的大小和功能如何被调控？——动力学，相互作用，信号传递

什么使得这个种群如此成功？——种群遗传学，进化

由于环境中只有很小比例的微生物能够在培养基中分离，目前分子生物学方法被普遍采用，即分子生态学。

随着卫星遥感技术的发展，人造卫星照片可以帮助监测全球性的微生物发展变化，提供更准确的信息，如水华的产生。