Mikrobioloģijas pētījumiem ir daudz dažādu svarīgu pielietojumu, sākot no medicīnas līdz pārtikas nekaitīgumam un beidzot ar biotehnoloģiju. Zinātnieki parasti strādā modernās laboratorijās, kas atrodas universitātēs, privātās pētniecības iestādēs, farmācijas uzņēmumos, pētniecības un attīstības iestādēs un biotehnoloģijas firmās. Personai, kura vēlas sākt mikrobioloģijas izpēti, parasti ir jāiegūst augstākā līmeņa grāds akreditētā universitātē, jāiegūst pieredze asistenta vai interna amatos, kamēr viņi mācās, un pēc absolvēšanas jāpabeidz stipendija.
Persona parasti sāk gatavoties karjerai mikrobioloģijas pētniecībā, apmeklējot četrgadīgu koledžu vai universitāti. Topošais mikrobiologs parasti apgūst vairākus bioloģijas zinātņu kursus, kas integrē laboratorijas studijas mācību programmā. Organiskās ķīmijas, molekulārās bioloģijas un fizikas nodarbības ļauj studentiem uzzināt par mikrobioloģijas pētījumu vēsturi, pašreizējām tendencēm un pielietojumiem, kā arī dažādām pētniecības metodēm. Daudzi studenti izvēlas iestāties arī padziļinātajos matemātikas un statistikas kursos, kas viņus iepazīstina ar pētniecības vadlīniju noteikšanas un skaitlisko rezultātu analīzes pamatiem.
Bakalaura students, kurš plāno turpināt mikrobioloģijas karjeru, var iegūt vērtīgu pieredzi, strādājot par praktikantu vai zinātnisko asistentu savas universitātes mikrobioloģijas laboratorijā starp mācību periodiem. Daudzas skolas piedāvā studentiem iespēju iesaistīties nozīmīgā pētniecībā, vienlaikus pabeidzot bakalaura grādu, nodrošinot praktiskas mācīšanās pieredzi un uzlabojot viņu iespējas iekļūt akreditētās mikrobioloģijas skolās. Kamēr bakalaura programmas pēdējā gadā students parasti sāk pieteikties skolās un kārto dažādus iestājeksāmenus, kuros tiek pārbaudīta viņa kompetence.
Daži topošie zinātnieki iestājas divu gadu maģistra studiju programmās, lai gan lielākā daļa cerīgo mikrobiologu iegūst doktora grādu šajā jomā, kuras iegūšanai vidēji nepieciešami trīs līdz pieci gadi. Absolventi un doktoranti parasti saņem intensīvu, detalizētu apmācību klasē un laboratorijā par konkrētiem mikrobioloģijas priekšmetiem. Personām parasti ir jāizstrādā un jāvada neatkarīgi pētniecības projekti un jāziņo par saviem atklājumiem gara disertācijas vai disertācijas veidā. Lielākā daļa mikrobioloģijas skolu palīdz saviem absolventiem atrast stipendijas universitātēs vai privātās pētniecības iestādēs.
Mikrobiologa stipendiāts laika posmu līdz diviem gadiem strādā par pētnieka asistentu pie atzītiem nozares profesionāļiem, mācoties iesniegt grantu priekšlikumus, izstrādāt pētījumus, veikt eksperimentus, analizēt rezultātus un rakstīt zinātniskos darbus. Jaunam mikrobiologam, kurš izrāda solījumu, var ļaut izstrādāt un īstenot oriģinālus projektus pieredzējušu zinātnieku uzraudzībā. Kad stipendiāts ir pierādījis savas prasmes, viņš vai viņa parasti var sākt veikt neatkarīgus mikrobioloģijas pētījumus.