میکروبیولوژی علم گسترده‌ای است و شاخه‌های فراوانی را در بر می‌گیرد. به دلیل وجود انواع مختلف موجودات میکروسکوپی و ویژگی‌های منحصر به فرد هر کدام از آن‌ها، میکروبیولوژیست‌ها در قالب شاخه‌های متعدد به مطالعه هر یک از این نوع میکروارگانیسم‌‌ها می‌پردازند. این تقسیم‌بندی براساس تاکسونومی و زمینه‌های تحقیقاتی صورت می‌گیرد. در ادامه به معرفی اجمالی شاخه‌های مختلف علم میکروب‌شناسی می‌پردازیم:
تقسیم بندی براساس تاکسونومی
میکروبیولوژی براساس تاکسونومی به شاخه‌های زیر تقسیم می‌شود:
باکتری شناسی
«باکتری‌شناسی» (Bacteriology) شاخه‌ای از علم زیست‌شناسی و میکروبیولوژی است که به بررسی مورفولوژی یا ریخت‌شناسی، اکولوژی، ژنتیک و بیوشیمی باکتریها می‌پردازد. این زیرشاخه علم میکروبیولوژی شامل شناسایی، طبقه‌بندی و مطالعه خصوصیات گونه‌های مختلف باکتریایی است.
ایمونولوژی
«ایمونولوژی» (Immunology) شاخه‌ای از زیست‌شناسی است که مطالعه سیستم ایمنی در تمام موجودات زنده را در بر می‌گیرد. این شاخه از میکروبیولوژی روابط بین عوامل بیماری‌زا مانند باکتریها، ویروسها و میزبان آن‌ها را نیز مورد مطالعه قرار می‌دهد. در واقع ایمونولوژی سیستم‌های ایمنی و مکانیسم‌های مبارزه بدن موجودات زنده با عوامل بیماری‌زا را بررسی می‌کند. ایمونولوژی در رشته‌های مختلف پزشکی به خصوص در زمینه‌های پیوند عضو، آنکولوژی یا سرطان‌شناسی، روماتولوژی، ویروس‌شناسی، باکتری‌شناسی، انگل‌شناسی، واکنش‌های آلرژیک و روانپزشکی کاربرد دارد.
قارچ شناسی
«قارچ شناسی» (Mycology) شاخه‌ای از زیست‌شناسی است که به مطالعه خانواده گسترده قارچ‌ها، مخمرها و کپک‌ها می‌پردازد. در قارچ‌شناسی مباحثی از جمله خصوصیات ژنتیکی و بیوشیمیایی قارچ‌ها، چگونگی طبقه‌بندی آن‌ها و کاربردهای این موجودات برای زندگی انسان و همچنین خطرات آن‌ها مانند سمیت و ایجاد عفونت مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
نماتولوژی
«نماتولوژی» (Nematology) یک رشته علمی است که به مطالعه نماتدها یا کرم‌های گرد می‌پردازد. اگرچه تحقیقات نماتولوژی به روزهای حیات دانشمندانی مانند ارسطو یا حتی قبل از آن باز می‌گردد، اما نماتولوژی به عنوان یک رشته مستقل از اواسط تا اواخر قرن نوزدهم شناخته شد. نماتودها شاخه گسترده‌ای از موجودات هستند که در طیف وسیعی از محیط‌ها زندگی می‌کنند. این کرم‌ها در گیاهان و جانوران مختلف می‌توانند عفونت و بیماری ایجاد کنند و از همین جهت، مطالعه آن‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد.
انگل شناسی
«انگل شناسی» (Parasitology) علمی است که مطالعه انگلها، میزبان آن‌ها و ارتباط بین آن دو را در بر می‌گیرد. همه انگلها، میکروارگانیسم نیستند، اما بسیاری از آن‌ها میکروسکوپی هستند و از این رو در میکروبیولوژی، شاخه‌ای به مطالعه این موجودات اختصاص داده شده است. تک یاخته‌‌ها و باکتریها می‌تواند نوعی انگل باشند. مطالعه انگلهای باکتریایی معمولاً به عنوان بخشی از باکتری‌شناسی طبقه‌بندی می‌شود.
جلبک شناسی
جلبک ها به عنوان تولیدکنندگان اصلی در اکوسیستم‌های آبی بسیار اهمیت دارند. بیشتر جلبک‌ها ارگانیسمهای فتوسنتز کننده یوکاریوتی هستند که در یک محیط مرطوب زندگی می‌کنند. آن‌ها با عدم وجود ریشه، ساقه یا برگ از گیاهان پیشرفته متمایز می‌شوند. بسیاری از گونه‌های جلبک‌ها تک سلولی و میکروسکوپی هستند (از جمله فیتوپلانکتون و سایر میکرو جلبک‌ها) و به همین دلیل در قالب یکی از شاخه‌های میکروبیولوژی (جلبک‌شناسی یا Phycology) مورد مطالعه قرار می‌گیرند.
پروتوزئولوژی یا تک یاخته شناسی
مطالعه تک یاخته‌‌ها و ارگانیسمهای تک سلولی مانند «آمیب‌ها» (Amoebae) در این شاخه قرار می‌گیرند.
ویروس شناسی
«ویروس‌شناسی» (Virology) مطالعه ذرات ویروسی میکروسکوپی، انگلهای دارای مواد ژنتیکی موجود در یک لایه پروتئینی و عوامل شبیه به ویروس را در بر می‌گیرد. این شاخه به جنبه‌های مختلف ویروسها می‌پردازد که شامل ساختار، طبقه‌بندی، تکامل، راه‌های ورود آن‌ها برای آلوده کردن میزبان و نحوه بهره‌برداری آن‌ها از سلول‌های میزبان برای تولید مثل، هستند. ویروس‌شناسی به دلیل اهمیتی که در مطالعه ویروس‌های بیماری‌زای انسان دارد، در شاخه علم پزشکی نیز قرار می‌گیرد.
