A ecologia microbiana explora a forma como os microrganismos interagem entre si e com os seus ambientes. Centra-se nas comunidades microbianas em diversos habitats, desde o solo e a água até ao corpo humano e ambientes extremos. As principais áreas incluem o ciclo de nutrientes, as relações simbióticas e o seu papel nos ciclos biogeoquímicos. A compreensão da ecologia microbiana ajuda na gestão dos ecossistemas, na bioremediação e na previsão de respostas a alterações ambientais como as alterações climáticas e a poluição.