Cercetarea în microbiologie are multe aplicații importante diferite, de la medicină la siguranța alimentară până la biotehnologie. Oamenii de știință lucrează, în general, în laboratoare moderne aflate la universități, unități de cercetare private, companii farmaceutice, instituții de cercetare și dezvoltare și firme de biotehnologie. O persoană care dorește să înceapă în cercetarea în microbiologie trebuie de obicei să obțină o diplomă avansată de la o universitate acreditată, să obțină experiență în posturi de asistent sau stagiar în timpul școlii și să finalizeze o bursă după absolvire.
O persoană începe de obicei să se pregătească pentru o carieră în cercetarea microbiologiei în timp ce urmează o facultate sau o universitate de patru ani. Un viitor microbiolog urmează, în general, mai multe cursuri de științe biologice care integrează studii de laborator în curriculum. Cursurile de chimie organică, biologie moleculară și fizică permit studenților să învețe despre istoria cercetării microbiologie, tendințe și aplicații prezente și diferite tehnici de cercetare. Mulți studenți aleg să se înscrie și la cursuri avansate de matematică și statistică, care îi introduc în bazele stabilirii liniilor directoare de cercetare și analizării rezultatelor numerice.
Un student de licență care intenționează să urmeze o carieră în microbiologie poate câștiga experiență valoroasă lucrând ca stagiar sau asistent de cercetare la laboratorul de microbiologie al universității sale între perioadele școlare. Multe școli oferă studenților șansa de a se angaja în cercetări semnificative în timp ce își finalizează diplomele de licență, oferind experiențe practice de învățare și îmbunătățindu-și șansele de a obține admiterea în școli de microbiologie acreditate. În timp ce în ultimul an al unui program de licență, un student începe de obicei să aplice la școli și susține diferite examene de admitere care îi testează competența.
Unii viitori oameni de știință se înscriu la programe de master de doi ani, deși cei mai mulți microbiologi plini de speranță urmează doctorate în domeniu, care durează în medie de la trei la cinci ani pentru a obține. Studenții absolvenți și doctoranzi primesc, de obicei, instruire intensivă, detaliată în clasă și în laborator, pe subiecte specifice de microbiologie. De obicei, persoanelor fizice li se cere să proiecteze și să desfășoare proiecte de cercetare independente și să își raporteze constatările sub forma unei teze lungi sau a unei dizertații. Majoritatea școlilor de microbiologie își ajută absolvenții să găsească posturi de bursă în universități sau instituții private de cercetare.
Un coleg microbiolog petrece o perioadă de până la doi ani lucrând ca cercetător asistent pentru profesioniști consacrați în domeniu, învățând cum să depună propuneri de granturi, să proiecteze studii, să organizeze experimente, să analizeze rezultatele și să scrie lucrări științifice. Un nou microbiolog care arată promițătoare i se poate permite să proiecteze și să realizeze proiecte originale, sub supravegherea unor oameni de știință cu experiență. Odată ce un coleg și-a dovedit abilitățile, el sau ea poate începe de obicei să efectueze cercetări independente de microbiologie.