La industria alimentaria (nutrición; alimentación; ONUAA, FAO), la industria agrícola (agricultura; ecología; economía agrícola; etc.), el medio ambiente o la medicina son, entre otros, los numerosos campos de aplicación de la microbiología. De este modo, resultan de gran utilidad las fermentaciones que realizan algunos microorganismos, como la fermentación alcohólica que realizan algunas levaduras; o la fermentación láctica, que llevan a cabo las bacterias del ácido láctico. Además, los microorganismos se han utilizado en la obtención de diferentes enzimas o por su capacidad de degradar o descomponer sustancias contaminantes, como el petróleo y otros hidrocarburos, presentes en la naturaleza; en general, la biotecnología (empleo de organismos vivos para la obtención de productos útiles) ha experimentado un gran avance en las últimas décadas.
En medicina, la microbiología estudia los mecanismos de infección, desarrollo y supervivencia de los agentes patógenos. Un conocimiento profundo de la estructura y fisiología de estos microorganismos permite, en la práctica, una lucha eficaz contra numerosas enfermedades. Desde que en 1928 Alexander Fleming descubriera la penicilina, derivada del hongo Penicillium notatum, se han obtenido gran variedad de antibióticos a partir de otros microorganismos. Las distintas técnicas empleadas en ingeniería genética han permitido programar microorganismos con objeto de obtener distintos compuestos útiles como la insulina, la hormona del crecimiento, el interferón o determinadas vacunas. Además, las investigaciones basadas en los microorganismos han sido cruciales para comprender muchos procesos vitales comunes a todos los seres vivos, como la replicación del ácido desoxirribonucleico (ADN) o la expresión del material genético.
