Các phân ngành vi sinh vật học có thể được phân loại thành khoa học thuần túy và khoa học ứng dụng. Vi sinh vật học còn có thể được phân loại dựa trên phép phân loại, trong các trường hợp như vi khuẩn học, nấm học, nguyên sinh động vật học và tảo học. Có sự chồng chéo đáng kể giữa các phân ngành cụ thể của vi sinh học với nhau và với các phân ngành khác, những khía cạnh nhất định của các phân ngành này có thể vượt ra ngoài phạm vi truyền thống của vi sinh học. Nhìn chung, lĩnh vực vi sinh học có thể được chia thành nhiều phân ngành cơ bản hơn (vi sinh vật học thuần túy) và vi sinh vật học ứng dụng (công nghệ sinh học). Ở mảng cơ bản hơn, sinh vật được nghiên cứu dưới dạng đối tượng ở cấp độ (lý thuyết) sâu hơn. Vi sinh vật học ứng dụng để chỉ các lĩnh vực mà vi sinh vật được ứng dụng trong những quy trình nhất định như sản xuất bia hoặc lên men. Bản thân sinh vật thường không được nghiên cứu như vậy, nhưng được ứng dụng để duy trì các quá trình nhất định.