Mikrobiologisella tutkimuksella on monia erilaisia tärkeitä sovelluksia lääketieteestä elintarviketurvallisuuteen ja biotekniikkaan. Tutkijat työskentelevät yleensä nykyaikaisissa laboratorioissa, jotka löytyvät yliopistoista, yksityisistä tutkimuslaitoksista, lääkeyhtiöistä, tutkimus- ja kehityslaitoksista sekä biotekniikkayrityksistä. Yksilön, joka haluaa aloittaa mikrobiologian tutkimuksen, on yleensä hankittava edistynyt tutkinto akkreditoidusta yliopistosta, hankittava kokemusta avustajan tai harjoittelijan tehtävistä koulussa ja suoritettava apuraha valmistumisen jälkeen.
Yleensä henkilö alkaa valmistautua uraan mikrobiologian tutkimuksessa käydessään neljän vuoden korkeakoulua tai yliopistoa. Tuleva mikrobiologi suorittaa yleensä useita biologian tieteen kursseja, jotka yhdistävät laboratoriotutkimukset opetussuunnitelmaan. Orgaanisen kemian, molekyylibiologian ja fysiikan luokat antavat opiskelijoille mahdollisuuden oppia mikrobiologian tutkimuksen historiasta, esitellä suuntauksia ja sovelluksia sekä erilaisia tutkimustekniikoita. Monet opiskelijat haluavat ilmoittautua myös matematiikan ja tilastotieteen syventäviin kursseihin, jotka esittävät heille tutkimusohjeiden laatimisen ja numeeristen tulosten analysoinnin perusteet.
Ylioppilas, joka aikoo jatkaa mikrobiologista uraa, voi saada arvokasta kokemusta työskentelemällä harjoittelijana tai tutkimusavustajana yliopistonsa mikrobiologian laboratoriossa koulujen välillä. Monet koulut tarjoavat opiskelijoille mahdollisuuden osallistua mielekkääseen tutkimukseen samalla, kun he suorittavat kandidaatin tutkintonsa, tarjoavat käytännön oppimiskokemuksia ja parantavat mahdollisuuksiaan päästä akkreditoituihin mikrobiologisiin kouluihin. Kandidaatin tutkinto -ohjelman viimeisenä vuonna opiskelija alkaa yleensä hakea kouluun ja suorittaa erilaisia pääsykokeita, joilla testataan heidän pätevyytensä.
Jotkut tulevat tiedemiehet ilmoittautuvat kaksivuotisiin maisteriohjelmiin, vaikka useimmat toiveikkaat mikrobiologit suorittavat alan tohtorintutkinnon, joka kestää keskimäärin kolmesta viiteen vuoteen. Jatko- ja jatko -opiskelijat saavat yleensä intensiivistä, yksityiskohtaista luokkahuone- ja laboratorio -opetusta tietyistä mikrobiologian aiheista. Yksilöt ovat yleensä velvollisia suunnittelemaan ja toteuttamaan riippumattomia tutkimushankkeita ja raportoimaan havainnoistaan pitkän opinnäytetyön tai väitöskirjan muodossa. Useimmat mikrobiologiset koulut auttavat valmistuneita löytämään apurahoja yliopistoissa tai yksityisissä tutkimuslaitoksissa.
Mikrobiologitutkija työskentelee jopa kahden vuoden ajan apulaistutkijana alan vakiintuneille ammattilaisille, oppii apurahaehdotusten jättämistä, suunnittelututkimuksia, kokeiluja, analysoi tuloksia ja kirjoittaa tieteellisiä artikkeleita. Uusi lupaava mikrobiologi voi saada suunnitella ja toteuttaa alkuperäisiä projekteja kokeneiden tutkijoiden valvonnassa. Kun mies on osoittanut taitonsa, hän voi yleensä aloittaa itsenäisen mikrobiologisen tutkimuksen tekemisen.