细胞直径通常是在微米级，甚至是纳米级，只有个别的在毫米级范围，如新发现的纳米比亚硫黄珍珠菌，其直径为0.1～0.3毫米。

微生物基因组也相应比较小，细菌和古菌一般在2×10⁶～8×10⁶个碱基对，真菌在1.3×10⁷～6×10⁷个碱基对。

个体形态多样，主要有球形、杆形、螺旋形、梭形、柄形、方形、耳形、圆形、卵圆形、柠檬形、丝状等。

微生物的繁殖速度比高等动植物快千万倍，一般为1小时左右繁殖一代，生长快的微生物在适宜条件下还不到10分钟，细菌通常是20～30分钟繁殖一代。其生长速度惊人，例如：某人刚洗过的皮肤，在几小时之内细菌就可恢复到原来每平方厘米10万个的数量。

在各种极端条件下均有不同微生物的生长，如高温（100～120℃）、高盐（饱和盐浓度）、高压（约1000个标准大气压）、高冷（0℃以下）、高酸（pH值1～3）、高碱（pH值10～11）、强辐射（15千戈瑞电离辐射，这是人类耐受剂量的3000倍）、绝对厌氧等高等生物不能适应或不能生存的极端条件，甚至被埋在琥珀中达2500万年的细菌芽孢，当被放到营养培养基上时仍可萌发生长。

微生物虽小，但在地球上的数量惊人，据生物学家推测，微生物的个体总数量占地球生物圈中的90%以上，总重量占地球上全部生物总量的60% ，巨量的微生物在地球上的分布广泛，除了高等生物能够到达的地域（如土壤、水域、高山、垃圾、污水、南极、北极、沙漠等）外，还有些是只有微生物才能生存的地域，如大气层、冰川、盐湖、油井、酸性矿水、岩石、海底黑烟囱和沉积物、核辐射区、动植物体表和体内等。值得一提的是，在人类体表和体内）均生活着10倍于人体细胞的微生物，占人体重量的2%左右，其总基因数是人体的100倍。此外，在地球以外的太空也有微生物的踪迹。

在人类利用的许多重要产品中，微生物起着不可替代的作用。例如：醋、酱油、面包、奶酪、酸奶、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、干扰素、酶制剂、醇类、有机酸、氨基酸、核苷酸、激素等的生产；还有根瘤菌剂、杀虫微生物制剂、微生物肥料和饲料等利用微生物菌体所制备的产品。                

微生物种类繁多，代谢类型多样，具有强大的分解能力。地球上90%以上的有机物（包括动物、植物和微生物残体以及纤维素、木质素等）的分解都是由微生物完成的。此外，微生物还能分解石油、天然气及毒物（如氰、酚等）。如果没有它们，生态平衡就会破坏，人类将无法生存。

这是指生物圈中的各种化学元素经生物化学作用，在生物圈中的转化和运动，是推动地球向更有利于生物生存繁衍方向演化的巨大动力。微生物在此过程中起着重要的作用。许多是只有微生物或有微生物参加才能完成的生化过程，如碳循环中的有机质的厌氧矿化、一氧化碳的固定；氮循环中的氮的生物固定、硝化作用和反硝化作用；此外，微生物参加硫循环、磷循环和铁循环的所有过程。

微生物是一把锋利的双刃剑，在给人类带来巨大利益和赖以生存空间的同时，也会对动物、植物和人类带来灾难——引起多种疾病。有的疾病甚至是毁灭性的，如1347年的一场由鼠疫杆菌引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲。一种新的瘟疫——获得性免疫缺陷综合征（AIDS）也正在全球蔓延；许多已被征服的传染病（如肺结核、疟疾、霍乱等）也有“卷土重来”之势；非典型肺炎（简称SARS）、禽流感、肠出血性大肠杆菌传染病以及埃博拉病毒传染病等也都是微生物所为。不过，微生物这把双刃剑在致病的同时，也给人类带来了防病治病的利器，如抗生素、疫苗、非抗生素生理活性物质（酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、抗氧化剂等）、杀虫剂等微生物产品。

人们对微生物的认识只是冰山一角，因为自然界还有90%以上的微生物被认为是未培养微生物。随着高通量的全基因组测序和分析，宏基因组学以及其他相关技术的发展和应用，人类对微生物的认识及其应用必将到达一个新高度。