El microorganismo para la microbiología, generalmente, se define como el organismo de tamaño reducido que solamente es visible a través del microscopio; en la medicina el microorganismo (cualquier estructura pequeña, normalmente microscópica, capaz de desarrollar procesos vitales), suele referirse a virus, bacterias, hongos y algunos protozoos.
Cuando se descubrieron los organismos microscópicos (microbios o microorganismos), los científicos intentaron incluirlos en los dos reinos establecidos por Aristóteles (reino Animal y reino Vegetal): en efecto, aunque Leeuwenhoek los consideró a todos animales pequeños, pronto se confirmó que algunos poseían características vegetales (por ejemplo, actividad fotosintética). Sin embargo, la clasificación en uno los dos reinos se hacía imposible para cierto número de microorganismos que poseían a la vez características animales y vegetales; fue a finales del siglo XIX cuando el biólogo alemán Ernst Haeckel agrupó a las bacterias en un reino aparte, el reino Móneras.
Por otro lado, diversas experiencias permitieron ampliar considerablemente los conocimientos sobre la estructura de las bacterias. Así, Hans Christian Joachim Gram (1853-1938) puso a punto el método de coloración que lleva su nombre y que permitió descubrir la existencia de dos grandes tipos de bacterias: bacterias Gram positivas (con una pared gruesa de peptidoglicanos) y bacterias Gram negativas (con una pared fina). Cuando se les aplica la tinción de Gram, las primeras aparecen de color púrpura mientras que las bacterias Gram negativas son incoloras o rojizas.
A finales del siglo XIX y comienzos del XX, diversos microbiólogos como el ruso Serguei Winogradsky, considerado el fundador de la ecología microbiana moderna, emprendieron las investigaciones sobre el metabolismo de las bacterias (estudios iniciados por Pasteur). Winogradsky estableció que las bacterias funcionan según dos modelos: la aerobiosis, que se basa en el consumo de oxígeno; y la anaerobiosis, que permite a las bacterias vivir en un ambiente desprovisto por completo de oxígeno. Winogradsky descubrió las bacterias quimiosintéticas, puso de manifiesto la participación de los microorganismos en el ciclo de la urea y fue uno de los primeros en estudiar las bacterias simbióticas. El estudio de los virus se desarrolló especialmente en el primer tercio del siglo XX. En efecto, a pesar de que en el año 1905 varios microbiólogos habían demostrado que las enfermedades víricas conocidas se debían a agentes patógenos minúsculos y no a las toxinas, los virus siguieron siendo invisibles; y su naturaleza, desconocida, hasta la década de 1930. En 1935 el bioquímico estadounidense Wendell Stanley logró aislar y cristalizar un virus: el del mosaico del tabaco. En 1938 se observaron por primera vez los virus gracias a la invención del microscopio electrónico. Después, en las décadas de 1960 y 1970 se descubrieron numerosos virus y se determinaron sus características físicas y químicas. Posteriormente, las investigaciones microbiológicas se sirvieron de diversas técnicas innovadoras, como el microscopio electrónico de barrido o las técnicas de secuenciación del ácido desoxirribonucleico (ADN).
Gracias a todos estos avances, los microorganismos se clasificaron en función de su estructura molecular, incluyéndolos en tres reinos. De este modo, las bacterias forman el conjunto de los procariotas, es decir, organismos en los que el material genético, en forma de ADN, se encuentra libre en el citoplasma y no incluido en un núcleo: pertenecen al reino Móneras. Los restantes organismos unicelulares se clasifican como eucariotas (en los que el genoma está incluido en el núcleo celular). Entre estos eucariotas unicelulares se distinguen los que pertenecen al reino Protistas (grupo que engloba a los protozoos y algas unicelulares) y los que pertenecen al reino Hongos (las levaduras). Los virus constituyen un mundo aparte, ya que no pueden reproducirse por sí mismos, sino que necesitan parasitar una célula viva para completar su ciclo vital. Por último, el descubrimiento de los priones por Stanley Prusiner y su equipo en 1982 ha abierto una vía de estudio dentro de la microbiología. Los priones, simples proteínas desprovistas de material genético, suscitan numerosos interrogantes sobre su funcionamiento y modo de transmisión.
