Penelitian mikrobiologi memiliki banyak aplikasi penting yang berbeda, mulai dari kedokteran hingga keamanan pangan hingga bioteknologi. Para ilmuwan umumnya bekerja di laboratorium modern yang terdapat di universitas, fasilitas penelitian swasta, perusahaan farmasi, lembaga penelitian dan pengembangan, dan perusahaan bioteknologi. Seseorang yang ingin memulai penelitian mikrobiologi biasanya harus memperoleh gelar lanjutan dari universitas terakreditasi, mendapatkan pengalaman dalam posisi asisten atau magang saat di sekolah, dan menyelesaikan fellowship setelah lulus.
Seseorang biasanya mulai mempersiapkan karir dalam penelitian mikrobiologi saat menghadiri perguruan tinggi atau universitas empat tahun. Seorang ahli mikrobiologi masa depan umumnya mengambil beberapa kursus ilmu biologi yang mengintegrasikan studi laboratorium ke dalam kurikulum. Kelas dalam kimia organik, biologi molekuler, dan fisika memungkinkan siswa untuk belajar tentang sejarah penelitian mikrobiologi, tren dan aplikasi saat ini, dan berbagai teknik penelitian. Banyak mahasiswa memilih untuk mendaftar di kursus matematika dan statistik tingkat lanjut juga, yang memperkenalkan mereka pada dasar-dasar menetapkan pedoman penelitian dan menganalisis hasil numerik.
Seorang mahasiswa sarjana yang berencana mengejar karir mikrobiologi dapat memperoleh pengalaman berharga dengan bekerja sebagai asisten magang atau peneliti di laboratorium mikrobiologi universitasnya di antara masa sekolah. Banyak sekolah menawarkan siswa kesempatan untuk terlibat dalam penelitian yang berarti sambil menyelesaikan gelar sarjana mereka, memberikan pengalaman belajar langsung dan meningkatkan peluang mereka untuk masuk ke sekolah mikrobiologi terakreditasi. Sedangkan pada tahun terakhir program sarjana, seorang mahasiswa biasanya mulai mendaftar ke sekolah dan mengikuti berbagai ujian masuk yang menguji kompetensinya.
Beberapa ilmuwan masa depan mendaftar di program gelar master dua tahun, meskipun sebagian besar ahli mikrobiologi mengejar gelar PhD di bidangnya, yang membutuhkan rata-rata tiga hingga lima tahun untuk mencapainya. Mahasiswa pascasarjana dan doktoral biasanya menerima instruksi kelas dan laboratorium yang intensif dan terperinci tentang mata pelajaran mikrobiologi tertentu. Individu biasanya diminta untuk merancang dan melakukan proyek penelitian independen, dan melaporkan temuan mereka dalam bentuk tesis atau disertasi yang panjang. Sebagian besar sekolah mikrobiologi membantu lulusan mereka menemukan posisi fellowship di universitas atau lembaga penelitian swasta.
Seorang ahli mikrobiologi menghabiskan waktu hingga dua tahun bekerja sebagai asisten peneliti untuk para profesional mapan di bidangnya, mempelajari cara mengajukan proposal hibah, studi desain, menyiapkan eksperimen, menganalisis hasil, dan menulis makalah ilmiah. Seorang ahli mikrobiologi baru yang menjanjikan dapat diizinkan untuk merancang dan melaksanakan proyek asli, di bawah pengawasan ilmuwan berpengalaman. Setelah seorang rekan telah membuktikan keahliannya, dia biasanya dapat mulai melakukan penelitian mikrobiologi independen.